Глина | это… Что такое Глина?
Термины «Глина», «Глины» имеют и другие значения.
Глины четвертичного периода (Эстония)
Гли́на — мелкозернистая осадочная горная порода, пылевидная в сухом состоянии, пластичная при увлажнении. Глина состоит из одного или нескольких минералов группы каолинита (происходит от названия местности Каолин в Китае), монтмориллонита или других слоистых алюмосиликатов (глинистые минералы), но может содержать и песчаные и карбонатные частицы. Как правило породообразующим минералом в глине является каолинит, его состав: 47 % (мас) оксида кремния (IV) (SiO2), 39 % оксида алюминия (Al2О3) и 14 % воды (Н2O).
Al2O3 и SiO2 — составляют значительную часть химического состава глинообразующих минералов.
Диаметр частиц глин менее 0,005 мм; породы, состоящие из более крупных частиц, принято классифицировать как лёсс. Большинство глин — серого цвета, но встречаются глины белого, красного, жёлтого, коричневого, синего, зелёного, лилового и даже чёрного цветов.
свойства глин: пластичность, огневая и воздушная усадка, огнеупорность, спекаемость, цвет керамического черепка, вязкость, усушка, пористость, набухание, дисперсность…
Содержание
|
Минералы, содержащиеся в глинах
- Каолинит (Al2O3·2SiO2 ·2H2O)
- Андалузит, дистен и силлиманит (Al2O3·SiO2)
- Галлуазит (Al2O3·SiO2·H2O)
- Гидраргиллит (Al2O3·3H2O)
- Диаспор (Al2O3·H2O)
- Корунд (Al2O3)
- Монотермит (0,2[K2MgCa]0·Al2O3·2SiO2·1,5H2O)
- Монтмориллонит (MgO·Al2O3·3SiO2·1,5H2O)
- Мусковит (K2O·Al2O3·6SiO2·2H2O)
- Наркит (Al2O3·SiO2·2H2O)
- Пирофиллит (Al2O3·4SiO2·H2O)
Минералы, загрязняющие глины и каолины
- Кварц(SiO2)
- Гипс (CaSO4·2H2O)
- Доломит (MgO·CaO·CO2)
- Кальцит (CaO·CO2
- Глауконит (K2O·Fe2O3·4SiO2·10H2O)
- Лимонит (Fe2O3·3H2O)
- Магнетит (FeO·Fe2O3)
- Марказит (FeS2)
- Пирит (FeS2)
- Рутил (TiO2)
- Серпентин (3MgO·2SiO2·2H2O)
- Сидерит (FeO·CO2)
Происхождение
Основным источником глинистых пород служит полевой шпат, при распаде которого под воздействием атмосферных явлений образуются каолинит и другие гидраты алюминиевых силикатов. Некоторые глины осадочного происхождения образуются в процессе местного накопления упомянутых минералов, но большинство из них представляют собой наносы водных потоков, выпавшие на дно озёр и морей.
Глина — это вторичный продукт земной коры, осадочная горная порода, образовавшаяся в результате разрушения скальных пород в процессе выветривания.
Применение
Глиняная табличка
Гончарное производство
Глина является основой гончарного, кирпичного производства. В смеси с водой глина образует тестообразную пластичную массу, пригодную для дальнейшей обработки. В зависимости от места происхождения природное сырьё имеет существенные различия. Одно можно использовать в чистом виде, другое необходимо просеивать и смешивать, чтобы получить материал, пригодный для изготовления различных изделий.
Техническая керамика
Техническая керамика — большая группа керамических изделий и материалов, получаемых термической обработкой массы заданного химического состава из минерального сырья и других сырьевых материалов высокого качества, которые имеют необходимую прочность, электрические свойства (большое удельное объемное и поверхностное сопротивление, большую электрическую прочность, небольшой тангенс угла диэлектрических потерь).
Производство цемента
Для изготовления цемента сначала добывают известняк и глину из карьеров. Известняк (приблизительно 75 % количества) измельчают и тщательно перемешивают с глиной (примерно 25 % смеси). Дозировка исходных материалов является чрезвычайно трудным процессом, так как содержание извести должно отвечать заданному количеству с точностью до 0,1 %.
Эти соотношения определяются в специальной литературе понятиями «известковый», «кремнистый» и «глиноземистый» модули. Поскольку химический состав исходных сырьевых материалов вследствие зависимости от геологического происхождения постоянно колеблется, легко понять, как сложно поддерживать постоянство модулей. На современных цементных заводах хорошо зарекомендовало себя управление с помощью ЭВМ в комбинации с автоматическими методами анализа.
Правильно составленный шлам, подготовленный в зависимости от избранной технологии (сухой или мокрый метод), вводится во вращающуюся печь (длиной до 200 м и диаметром до 2—7 м) и обжигается при температуре около 1450 °C — так называемой температуре спекания. При этой температуре материал начинает оплавляться (спекаться), он покидает печь в виде более или менее крупных комьев клинкера (называемого иногда и портландцементным клинкером). Происходит обжиг.
В результате этих реакций образуются клинкерные материалы. После выхода из вращающейся печи клинкер попадает в охладитель, где происходит его резкое охлаждение от 1300 до 130 °C. После охлаждения клинкер измельчается с небольшой добавкой гипса (максимум 6 %). Размер зерен цемента лежит в пределах от 1 до 100 мкм. Его лучше иллюстрировать понятием «удельная поверхность». Если просуммировать площадь поверхности зёрен в одном грамме цемента, то в зависимости от толщины помола цемента получатся значения от 2000 до 5000 см² (0,2—0,5 м²). Преобладающая часть цемента в специальных емкостях перевозится автомобильным или железнодорожным транспортом. Все перегрузки производятся пневматическим способом. Меньшая часть цементной продукции доставляется во влаго- и разрывостойких бумажных мешках. Хранится цемент на стройках преимущественно в сыпучем и сухом состояниях.
Применение в медицине и косметологии
Чаще всего в медицине и косметике используют каолин.
- Глина используется в медицине, например, глина входит в состав некоторых лечебных мазей, противодиарейных средств (в препарат Неоинтестопан и др.).
- В косметике глина является основой масок, некоторых мазей.
- Лечебные глины и грязи
широко используются в курортолечении кожных, гинекологических болезней, заболеваний опорно-двигательного аппарата
- Белая глина может использоваться в качестве противоядия благодаря своим сорбентным свойствам (попугаи ара извест
Съедобная глина
Основная статья: Геофагия
- пищевые добавки в корм скоту (глина монтмориллонитовая)
- для подкрашивания блюд в кулинарии — левкасная глина.
Виды глины
Различают несколько разновидностей глины. Каждая из них используется по-своему. Глину с числом пластичности от 0,17 до 0,27 называют лёгкой, свыше 0,27 — тяжёлой. Большую часть добываемых и поступающих в лмаьмаленяется в целлюлозно-бумажной промышленности и в производстве фарфора и огнеупорных изделий. Вторыми по важности материалами являются обычная строительная глина и глинистый сланец. Огнеупорная глина идет на изготовление огнеупорного кирпича и других жаропрочных изделий.
Важное место среди видов глин занимает бентонит. Считают, что эта глина образовалась в результате химического распада вулканического пепла. При погружении в воду она разбухает, увеличивая свой объём в несколько раз. В основном она используется в буровых растворах при бурении скважин.
Сукновальная глина ценится за её отбеливающие свойства при очистке нефтепродуктов. Фильтры из сукновальной глины применяются при очистке растительных и минеральных масел.
Гончарная глина, именуемая также комовой, находит применение при изготовлении посуды. Глина или глинистый сланец представляет собой важное сырье, которое вместе с известняком используется в производстве портландцемента.
Наиболее распространёнными в природе являются: красная глина, белая глина (каолин), глина из песчаника. Сорта глины — для производства фарфора, фаянса и огнеупорных изделий — каолин.
Религия
В Библии говорится, что, первый человек был сотворён Богом из глины (в Синодальном переводе — «из праха земного», Быт 2, 7).
Библейский рассказ о сотворении Адама и Евы, грехопадении и изгнании их из рая (книга Бытия, I—V) породил обширную литературу апокрифического характера. Наиболее крупным памятником этого рода является так называемая «Адамова книга», в которой описана жизнь Адама и Евы после изгнания из рая.
Известный книжный, часто ироничный или пренебрежительный, фразеологизм «колосс на глиняных ногах», означающий что-либо величественное, могущественное с виду, но по существу слабое, легко разрушающееся, также восходит к библейскому рассказу о вавилонском царе Навуходоносоре, которому приснился зловещий сон. Он увидел огромного истукана, у которого голова была из золота, грудь и руки из серебра, живот и бедра — из меди, колени — из железа, а ноги — из глины. Камень, упавший с горы, ударил колосса по глиняным ногам, и тот обратился в прах. Царь собрал жрецов и прорицателей, но никто не смог правильно истолковать его сон, кроме еврейского пророка Даниила, который истолковал этот сон как роковое предзнаменовение грядущего разрушения и гибели Вавилонского царства под ударами персов.
Известно ещё одно существо — пражский Голем, персонаж еврейской мифологии, человек из неживой материи — глины, оживлённый каббалистами с помощью тайных знаний.
Литература
- Долорс Росс. Керамика: техника. Приёмы. Изделия./Пер. с нем. Ю. О. Бем. — М.: АСТ-ПРЕСС КНИГА, 2003..
Ссылки
- Статья о глинах в GeoWiki
- Виды глиняных масс
Обломочные горные породы
Группа пород | Размер обломков | Не сцементированные | Сцементированные | ||
---|---|---|---|---|---|
Окатанные | Не окатанные | Окатанные | Не окатанные | ||
Грубообломочные породы или псефиты | 10 — 1 м | Глыбовые валуны | Глыбы | — | — |
1 м — 10 см | Валуны | Отломы (блоки) | Валунный конгломерат | Отломовая (блоковая) брекчия | |
Галька | Щебень | Галечниковые конгломераты | Щебеночные брекчии | ||
1 см — 2 мм | Гравий | Дресва | Гравелиты | Дресвяники | |
Песчаные породы или псаммиты | 2,0 — 0,05 мм | Пески | Песчаники | ||
Пылеватые породы или алевриты | 0,05 — 0,005 мм | Алевриты | Алевролиты | ||
Глинистые породы или пелиты | менее 0,005 мм | Илы, глины | Глины, аргиллиты |
Ученые КФУ обнаружили природные катализаторы на основе глины | Медиа портал
Работа проведена сотрудниками НИЛ «Реологические и термохимические исследования» приоритетного направления «Эконефть», поддержана грантом Российского научного фонда.
Исследование ученых САЕ «Эконефть» ИГиНГТ КФУ в области создания экологически безопасных и доступных катализаторов для нефтегазовой отрасли получило грант Российского научного фонда (РНФ).
Такой простой на первый взгляд и повсеместный природный минерал, как глина, вполне способен облегчить процесс добычи трудноизвлекаемой нефти, сообщают ученые приоритетного направления «Эконефть». Проведенная работа предоставила полезную информацию по горению углеводородов с использованием глинистых пород в качестве природных катализаторов. Исследование проведено сотрудниками НИЛ «Реологические и термохимические исследования» САЕ «Эконефть» и поддержано грантом Российского научного фонда.
Современный взгляд ученых САЕ «Эконефть» на эффективное развитие нефтегазовой отрасли предполагает, что для ее модернизации стоит уделить более пристальное внимание созданию и распространению новейших технологий, большинство из которых должны быть экологически безопасными и, желательно, доступными.
Новизна проекта связана с лежащим в его основе комплексным подходом к заявленной проблематике. Полученные результаты могут быть использованы при разработке месторождений тяжелой нефти в различных типах горных пород методом внутрипластового горения. Для реализации задуманного исследователи КФУ использовали природный ингредиент, известный всем как глина, – тот самый материал, использующийся человеком повсеместно и доставаемый буквально из-под ног. Полезных свойств глины не счесть, и роль ее в научно-техническом мире отнюдь не последняя.
Глина известна как накопитель ионов незаменимых микроэлементов и макроэлементов, ионообменник, сорбент-очиститель, антисептик, эмолент, и, как выяснили ученые, она проявляет себя в качестве эффективного катализатора для нефтедобычи. Подробности исследования были опубликованы в Applied Clay Science.Как известно, глина внешне напоминает почву, но на самом деле это минерал, который когда-то был горной породой и образовывал скалы. В процессе геологической активности на нашей планете скальные породы многократно погружались в глубокие слои земной коры и вновь поднимались на поверхность. Причиной данному явлению является воздействие тектонических смещений. Горные породы были практически «стёрты» в порошок, состоящий из микроскопических минеральных частиц, их структура подвергалась воздействию чудовищно высоких температур, давлений и солнечной радиации, а химический состав – взаимодействию с разнообразными веществами. Огромную роль в генезисе глины сыграла вода. В результате и образовалась группа минералов с уникальным микрокристаллическим строением и оригинальными свойствами.
«Значительную часть глинистых пород составляют глинистые минералы, такие как монтмориллонит, мусковит и другие. Глинистые минералы могут характеризоваться значительным содержанием в составе железа, вследствие изоморфных замещений алюминия на железо в структуре минерала, что обуславливает сильный каталитический эффект. Кроме того, глины способны ускорять протекание окислительных реакций в нефти вследствие их высокой удельной площади поверхности», –
сообщила научный сотрудник НИЛ «Реологические и термохимические исследования» Кристина Арискина.
Логично было бы предположить, что компоненты пород, например глиняные, вполне могут лечь в основу новой серии катализаторов для смягчения условий процесса внутрипластового горения, отметил руководитель приоритетного направления «Эконефть» Михаил Варфоломеев:
«Существует много работ и гипотез по поводу того, что содержание глины может повысить каталитическую активность породы и, соответственно, интенсифицировать процесс внутрипластового горения. Мы рассмотрели разные типы глинистых пород и обнаружили, что они действительно ускоряют процесс внутрипластового горения, а именно – снижают температуру начала низкотемпературного окисления, существенно влияют на высокотемпературное окисление, понижая температуру данной стадии»,
– объяснил ученый.
Три глиняные породы из общего числа изученных проявили хорошую каталитическую активность, значительно снизив значения энергии активации процесса ее окисления. Исследование предоставляет полезную информацию по горению углеводородов с использованием глинистых пород в качестве природных катализаторов. Как отметили ученые, свойства глинистых пород, такие как размер пор, удельная поверхность и другие, можно изменять, что предоставляет широкие возможности в разработке новой серии реагентов.
Катализаторы, полученные при добавлении компонентов глиняных пород, решают сразу несколько проблем. Во-первых, позволяют запустить процесс внутрипластового горения при более низких температурах, а во-вторых, за счет каталитического эффекта стабилизируют фронт горения, что позволяет данным процессам в пласте происходить в достаточно «мягких» условиях. Соответственно их будет легче запустить при закачке воздуха в коллекторы, содержащие глиняные породы.
Однако, как отметил старший научный сотрудник НИЛ «Реологические и термохимические исследования» Чэнгдонг Юань, в течение лабораторных испытаний реакции четырех видов глин оказались принципиально разными.
«Мы протестировали глины с различным компонентным составом и выявили, что минералосодержащие слюды наиболее эффективно катализируют процесс внутрипластового горения. Также хорошую каталитическую активность проявили глины, содержащие каолинит. При этом породы, содержащие клинохлор, наоборот, показали себя в качестве ингибиторов, т.е. существенно замедляли процесс окисления. Поэтому при изучении влияния глиняных пород на эффективность технологии внутрипластового горения нужно обязательно понимать, с какими именно глинами мы работаем, так как некоторые могут оказаться эффективными катализаторами — как глина на основе слюды, а некоторые, наоборот, – ингибиторами», – сообщил Чэнгдонг Юань.
Согласно итогам научной работы, первая порода отличалась высоким содержанием в составе слюдистых минералов – 46%; вторая – клинохлором и тальком – 66% и 32%; третья – каолинитом – 85%; четвертая состояла из смеси различных минералов: слюда, клинохлор, ортоклаз и других.
На следующем этапе данного исследования ученые планируют реализовать систематическое проведение исследований с другими типами горных пород с целью накопления необходимого материала для разработки подробного руководства по применению внутрипластового горения на месторождениях тяжелой нефти.
«Мы изучили эффект минералов породы на внутрипластовое горение, поскольку он очень важен для применения данного процесса. Такое исследование может помочь понять, какой тип резервуара необходим в работе, а также можно выяснить минералы породы, катализирующие горение нефти, и понять, с каким составом, структурой и механизмом придется работать далее. Обладая такими важными знаниями, разработчики могут создавать новые катализаторы, модифицируя эти минералы или синтезируя некоторые новые материалы на основе этих природных соединений для различных областей», – рассказал младший научный сотрудник Мустафа Абаас.
Тема использования глины в качестве катализаторов на процессы внутрипластового горения отнюдь не нова. Соответствующие исследования уже проводились за рубежом. Однако пока многочисленные авторы лишь поддерживали гипотезу о том, что компоненты глины могут ускорять реакцию внутрипластового горения, казанские ученые стали первыми, кто детально изучил разные типы глиняных минералов и показал ряд закономерностей по каталитическому эффекту, которые ранее так и не были обнаружены.
Экологические характеристики глины и минералов на глинистой основе
1. Введение
Среди наиболее важных и полезных промышленных полезных ископаемых в мире большое значение имеют глинистые минералы. Они используются в ряде геологических приложений, таких как стратиграфические корреляции, индикаторы среды отложения и температуры для образования углеводородов. В сельском хозяйстве глинистые минералы являются основным компонентом почв и детерминантами свойств почвы. Глинистые минералы важны в строительстве, где они являются основным компонентом кирпича и плитки. Физико-химические свойства глинистых минералов определяют их использование в перерабатывающих производствах (табл. ).
Экологические характеристики глины и глинистых минералов
Все авторы
Сюзанна Кристин Абуди Мана, Марлия Мохд Ханафия и Ахмед Джалал Хан Чоудхури
https://doi.org/10.1080/24749508.2017.136 1128
Опубликовано онлайн :
14 августа 2017 г. Таблица 1. Физические свойства исходной глины родины Танджунг Берингин Лангкат по Панджайтану (Citation2014).Скачать CSVОтобразить таблицу
В настоящее время глина и минералы на основе глины нуждаются в улучшении в связи с их использованием и спросом. Технологии обработки должны быть усовершенствованы, и должно быть доступно новое оборудование, чтобы можно было получать улучшенные минеральные продукты из глины. Столбчатые глины и нанокомпозиты приобретут важное значение. Дальнейшие разработки в области технологии органоглин и обработки поверхности обеспечат новые возможности использования этих специальных глин.
Глины и глинистые минералы встречаются в довольно ограниченном диапазоне геологических условий. Среда формирования включает почвенные горизонты, континентальные и морские отложения, геотермальные поля, вулканические отложения и выветриваемые скальные образования. Цикл образования глины и глинистого минерала варьируется в зависимости от окружающей среды. Выветривание горных пород и почвы является основным способом образования глины и глинистых минералов на поверхности Земли сегодня. Процесс выветривания включает физическую дезагрегацию и химическое разложение, которые превращают исходные минералы в глинистые минералы. Глина и минералы на основе глины могут образовываться путем изменения ранее существовавших минералов в результате выветривания: например, выветривания валунов на склонах холмов, отложений на дне моря или озер, глубоко залегающих отложений, содержащих поровую воду, и горных пород, контактирующих с нагретой водой. магмой (расплавленной породой) должны образовывать относительно чистые глинистые месторождения, представляющие экономический интерес, известные как бентониты и в первую очередь монтмориллонит.
Непосредственно после их образования процессы переноса и отложения через постепенные механизмы диагенеза, исключающие поверхностные изменения (т. минералы, устойчивые в одной среде осадконакопления, подвергаются воздействию другой путем захоронения и уплотнения. Обычные силикатные материалы, такие как кварц, полевые шпаты и вулканические стекла, а также карбонаты, некристаллические оксиды железа и первичные глинистые минералы в процессе диагенеза превращаются в более устойчивые глинистые минералы главным образом путем растворения и перекристаллизации.
Несомненно, глины и глинистые минералы являются важными компонентами как древних, так и современных осадочных сред.
Таким образом, исходный тип породы, факторы, влияющие на выветривание породы и почвообразование, соотношение воды и породы, температура, присутствие организмов и органического материала, а также количество времени играют важную роль в типах глинистых минералов. обнаруживаются в породах, подверженных выветриванию, и, таким образом, строго контролируют, насколько свойства выветрелых пород будут изобиловать в различных климатических условиях (таких как влажно-тропические, сухие тропические и умеренные условия).
Для того, чтобы наметить простую, но эффективную классификацию, наиболее удобна классификация Грима. Эта классификация дает общее представление о различиях между различными глинистыми минералами и предлагает их номенклатуру. В этой классификации глинистые минералы делятся на четыре основные группы: группу каолинитов, группу иллита, группу смектита и группу вермикулита.
Геологическая и геохимическая информация необходима для установления характеристик окружающей среды, влияющих на использование глин и глинистых минералов. Поскольку глинистые минералы играют важную роль в охране окружающей среды, их экологические характеристики позволяют им быть барьером в характере распространения неорганических загрязнителей, таких как металлы и металлоиды, такие как мышьяк, железо и свинец, в глиносодержащих породах. Эти полезные ископаемые использовались для утилизации и хранения опасных химических веществ, а также для очистки загрязненной воды. Использование глинистых минералов в качестве адсорбентов для адсорбции различных вредных веществ (тяжелых металлов, красителей, антибиотиков, биоцидных соединений и других органических химических веществ) широко изучается большим числом исследователей. Таким образом, необходимо подкрепить информацию о текущих исследованиях и обсудить усовершенствования, которые должны быть сделаны для расширения знаний о глинистых минералах и минералах на основе глины. Некоторые глинистые минералы обладают способностью катализировать полимеризацию некоторых ненасыщенных органических соединений и в то же время ингибировать образование полимеров из других близкородственных мономеров. Это явно противоречивое поведение глинистых минералов известно как электроноакцепторные и электронодонорные центры в силикатных слоях.
Состав глины зависит от минералогического и химического состава исходного материала. Это может быть твердая коренная порода или нелитифицированный поверхностный слой, такой как валунная глина, покоящаяся на коренной породе. Залежи глинистых минералов находятся под геохимическим и биохимическим контролем в окружающей среде, в которой они существуют естественным образом. Следовательно, месторождение данного типа глины имеет сходные геологические характеристики, которые также имеют схожие признаки окружающей среды, которые могут быть определены количественно с помощью соответствующих полевых и лабораторных данных и обобщены в геоэкологических моделях для типа месторождения глины (Du Bray, Citation19). 95).
2. Свойства глины и глинистых минералов
2.1. Глинистые минералы как акцепторы и/или доноры электронов в органических реакциях
Электроноакцепторные и электронодонорные центры глины можно объяснить тем фактом, что электроноакцепторными центрами являются алюминий на краях кристалла и переходные металлы в более низковалентном состоянии. Катализируемая полимеризация включает превращение органической молекулы в реакционноспособное промежуточное соединение; следовательно, глинистый минерал принимает электрон от винилового мономера, и образуется катион-радикал, где органическое соединение получает электрон и образует анион-радикал.
Ингибирование процессов полимеризации включает превращение реакционноспособных органических промежуточных соединений, таких как свободные радикалы, которые образуются под воздействием тепла или радикальных инициаторов, в нереакционноспособные соединения. Пример термической полимеризации иллюстрируется потерей электрона свободным радикалом, что дает ион карбония.
При прогнозировании электроноакцепторного или электронодонорного поведения цветовые реакции на глинистых минералах полезны по той причине, что они протекают аналогично механизмам реакций полимеризации. Например, синяя реакция бензидина: здесь происходит перенос одного электрона от органической молекулы к электроноакцепторным местам в минерале (алюминиевые ребра, переходные металлы в более высоком валентном состоянии).
Чтобы понять многие возможности электронного обмена глинистых минералов, маскирование края кристалла полифосфатом разрушает электроноакцепторные свойства краев кристалла. Этот метод используется для оценки контроля реакционной способности минерала и различения края кристалла от участков переходного металла в качестве электроноакцепторных участков в глинистых минералах. (Соломон, Citation1968)
2.1.1. Емкость ионного и катионного обмена
При эрозии, переносе и отложении глинистые минералы реагируют на изменения в окружающей среде. В результате этих процессов возникает ионный обмен, реконструкция деградированного минерала и образование минерала одного типа на глинистой основе из другого или более простого вещества. Обменные реакции подчиняются физико-химическим закономерностям и зависят от глинистого минерала, природы и ионного населенности мест обмена, а также от концентрации и состава раствора, в котором находится глинистый минерал. Однако увеличение солености в морской среде приводит к снижению общей обменной емкости глинистого минерала при поступлении глины в море. Так рассматривается кристаллохимия глинистого минерала, когда происходит обмен катионов. Катионы межслоевой воды и заряд слоя кажутся особенно важными для понимания селективной адсорбции и фиксации в процессе катионного и ионного обмена (Gillott, Citation 2012).
2.1.2. Набухание
Набухание глинистого минерала зависит от типа глинистого минерала, концентрации электролита и природы катионов в растворе. Механизм набухания можно разделить на механические и физико-химические процессы. В ходе диагенеза захоронения вспениваемые слои удаляются в структуре глинистых минералов, так что можно ожидать, что меж- и внутрислойное набухание типов вспучивающихся глинистых минералов будет минимальным в более старых породах, чем в более молодых породах. Механическое набухание возникает в ответ на упругую и зависящую от времени разгрузку напряжений, которые могут быть вызваны человеком при рытье котлованов или природой при тектоническом поднятии и эрозии, поскольку глина может свободно расширяться в вертикальном направлении, но не в горизонтальном. С другой стороны, физико-химическое набухание определяется внутренним эффективным напряжением, которое управляет несоответствием размеров между более крупными межагрегатными пустотами и более мелкими внутриагрегатными пустотами в доменах глинистых минералов и между самими глинистыми минералами, всеми теми силами, которые существуют в глинистой структуре. электролитная система, подлежащая разгрузке после того, как вода попала в систему в ответ на механическую причину (Taylor & Smith, Citation1986).
2.1.3. Адсорбционные свойства и низкая проницаемость
Глинистые минералы и минералы на основе глины в качестве абсорбирующих материалов могут оказывать нековалентную адсорбционную способность на различные молекулы от жидкого до газообразного состояния тремя способами. Во-первых, физическая адсорбция: происходит неионная адсорбция на поверхности мелкодисперсного материала (большие площади поверхности глинистых минералов заключаются в малых объемах), во-вторых, ионообменная адсорбция за счет электростатического взаимодействия и обмена и, наконец, включение малых молекул в порах или полостях, а также частичное или полное вытеснение более крупных молекул этими полостями за счет адсорбционного действия цеолита. (Гизе и ван Осс, Citation2002). Свойства проницаемости глинистых минералов можно объяснить типом и распределением глинистых минералов в системе пор . Как правило, в породах, преимущественно глинистых, проницаемость низкая. Минералогия различных типов пород, полупроницаемых по своей природе, дает заметно различающийся набор химических параметров, тогда как проницаемость от низкой до средней можно уподобить замкнутой системе, в которой породы и флюид фактически являются частью одной и той же физико-химической единицы.
3. Глинистый минерал, классифицируемый по структуре и типу слоя
Взаимодействие между глинистыми минералами зависит от их структуры. Эта структура контролирует поведение двойного слоя глинистых минералов, который является основным генератором отталкивающего давления в модели двойного слоя. Силы, контролирующие давление отталкивания, определяются физико-химическим набуханием глинистых минералов, поскольку силы притяжения по сравнению с ними малы в диапазоне внешних сил, действующих на структуру глины. Катионы притягиваются к внешним поверхностям глинистых минералов, которые заряжены отрицательно, а также могут притягиваться к внутренним поверхностям расширяющихся минералов, так что свойства и структура глинистых минералов могут изменяться. Последовательность замещения в природе некоторых главных катионов в глинистых минералах совпадает с их обилием (Ca 2+ > Mg 2+ > K + > Na + ).
3.1. Глинистые минералы, классифицированные по слоям
Глинистые минералы можно очень просто описать сложением двух типов слоев: слоев 1:1 и слоев 2:1. Они слоистые силикатом, в котором каждый слой в структуре фактически состоит из двух подслоев. Подслой состоит из октаэдрических координат и структурной воды в виде гидроксильных групп.
Анионные глины, также известные как слоистые двойные гидроксиды (СДГ), представляют собой прекрасный пример влияния слоев глины на их способность к катион-анионному обмену. Интеркалированная структура и изоморфная замена трехвалентных катионов на долю двухвалентных катионов приводит к положительно заряженным основным слоям, где атомы кислорода координируют каждый катион металла, образуя октаэдр.
Октаэдры состоят из двумерных листов, образованных широким спектром межслоевых анионов, которые затем могут составлять различные виды анионных глинистых материалов. Расчетная модель анионных глинистых минералов Yan et al., Citation 2008 в их формуле слоистых двойных гидроксидов (LDH) подтвердила в предыдущей работе, что значение стехиометрического коэффициента (X), идентичность межслоевого аниона (A n− ), и внутрислойный катион, когда они варьируются, позволяют производить широкий спектр конкретных материалов, изготовленных по индивидуальному заказу. Понимание электронной структуры внутри СДГ важно для формулы стабильности минералов на глинистой основе. Электронная структура материалов СДГ часто в первую очередь фокусируется на свойствах, связанных со всем объемом кристалла СДГ на всем его протяжении в периодичности, связанной с ab initio Теория функционала плотности плоской волны или линейная комбинация методов атомных орбиталей и, во-вторых, для предсказания геометрии структуры слоев и структурных и химических свойств исследуются с помощью полуэмпирического метода молекулярных орбиталей. Со Хун Ян и др. (Citation2008) в своей работе пришли к выводу, что угол искажения октаэдрически координированного гексагидратированного катиона играет значительную роль в формировании анионных слоев глины. Кроме того, структурные свойства гексагидратированных катионов, такие как длина связи металл-кислород, искажение валентного угла О-М-О, энергия связи и поле лиганда конфигурации валентной электронной конфигурации, хорошо согласуются со структурой анионных глинистых слоев. Следовательно, катионы металлов с размером иона, близким к Mg 2+ способны образовывать каноническую гексагидратированную структуру с углом искривления θ менее 1°, которые легко интегрируются в слои СДГ на основе результатов теоретического расчета DFT. Добавление правила размера иона к этому правилу может дать больше информации о применении слоистых двойных гидроксидов (Yan, Wei, Ma, Evans, & Duan, Citation 2010) (рис. 1).
Экологические характеристики глины и глинистых минералов
Все авторы
Сюзанна Кристин Абуди Мана, Марлия Мохд Ханафия и Ахмед Джалал Хан Чоудхури
https://doi.org/10.1080/24749508.2017.1361128
Опубликовано онлайн:
14 августа 201 7Полноразмерный дисплей
Рисунок 1. Структура глины, показывающей два слоя уложенных друг на друга листов каолинита.
3.2. Глинистые минералы, классифицированные по структуре
3.2.1. Адсорбция
Выветривание и осаждение на границе минеральная вода представляет интерес для процессов разделения минеральной структуры, таких как флотация, седиментация, адсорбция, удаление микроэлементов и перенос ядерных или других материалов в подземных водах (Batley, Citation1988). На химическую реактивность границы раздела минерал-вода влияют свойства, которые могут быть электрически заряжены на поверхности минерала, что приводит к образованию двойного электрического слоя, меньшей подвижности ионов и молекул воды. Однако влияние возмущенного слоя воды и двойного электрического слоя на химические реакции на границе раздела играют важную роль. Понимание механизма реакций сорбции является ценным, а их кинетическая интерпретация объясняет скорость связывания между ионом и поверхностным минералом. Таким образом, расположение групповых центров на минеральной поверхности может влиять на адсорбцию; однако при определенных условиях образование монослоя адсорбирующих ионов может быть менее благоприятным, чем образование многослойного или осажденного материала; такой процесс играет решающую роль в ускорении скорости окислительно-восстановительных реакций, полимеризации, гидролиза и других превращений, происходящих в структуре поверхности глинистых минералов.
3.2.
2. Слоистый зарядКак электрически нейтральная, так и отрицательно заряженная структура глинистого минерала может возникнуть в результате соединения тетраэдрических и октаэдрических пластин в глине. Электрический нейтральный заряд существует, если октаэдрический лист содержит трехвалентные катионы в двух октаэдрических позициях, с вакансией в третьем октаэдре или с двухвалентным катионом, занимающим все октаэдрические позиции, во-вторых, в катионе с меньшим зарядом, где все октаэдрические позиции Al 3 + и Мг 2+ замещаются, и в-третьих, при наличии вакансий. Этот аспект заряда слоя является наиболее важной характеристикой глинистых минералов 2:1, поскольку он влияет на заполнение межслоевого пространства обменными катионами (рис. 2).
Экологические характеристики глины и глинистых минералов
Все авторы
Сюзанна Кристин Абуди Мана, Марлия Мохд Ханафия и Ахмед Джалал Хан Чоудхури
https://doi. org/10.1080/24749508.2017.13 61128
Опубликовано онлайн:
14 августа 2017 г.Показать в полном размере
Рис. 2. Обменный катион в глинистых минералах.
3.2.3. Политипизм
Эта особенность строения глинистых минералов проявляется в нескольких разнообразных структурных модификациях, в которых слои одинакового строения и состава уложены по-разному. Нормальная периодичность слоев меняется в зависимости от последовательности наложения между политипами в зависимости от количества задействованных слоев.
3.2.4. Структуры со смешанными слоями
Структуры со смешанными слоями или межслоевые слои могут состоять из двух или более различных компонентов. Эти глинистые минералы могут иметь упорядоченную или регулярно-смешанную слоистую структуру, если разные слои чередуются по направлению в периодическом порядке, и неупорядоченную или неправильную смешанно-слоистую структуру, если укладка вдоль направления типа слоя случайна (Бригатти, Поппи, Медичи). , Цитата 2002). Границы раздела между глинистыми частицами способны адсорбировать воду или органические молекулы, так что соседние слои воспринимаются как прослойки с нерасширяющимися слоями силикатов, что имеет важные геохимические последствия. Кроме того, на иллитизацию влияет обилие воды в системе.
Это явление преобразования может фактически включать межслоистые глины, такие как иллит-смектит (Whitney, Citation 1990). Это преобразование может включать растворение смектита и тонкое осаждение или рост иллита. Когда больше нет больших количеств смектита, элементарного или, возможно, более толстого, частицы иллита становятся преобладающими и дают смешанный иллит-смектит, и по мере увеличения толщины частиц иллита диагенез увеличивается. Это перерасслоение также в некоторой степени влияет на химический состав глин и их стабильность в окружающей среде (Nadeau, Wilson, McHardy, & Tait, Citation19).84).
Действительно, универсальные структуры глинистых минералов являются ключевыми факторами, определяющими поведение глинистых минералов и их использование в широком диапазоне применений, таких как стабилизаторы коллоидов, катализаторы, каталитические и химические носители, коагулянты, сорбенты, покрытия и, возможно, во многих других областях. области.
4. Значение глин и глинистых минералов в экологическом аспекте их характеристик
Агрегация и диспергирование частиц глинистых минералов происходят в изменяющихся условиях в природных системах. Таким образом, на структуру глинистых частиц неотъемлемо влияет минеральная матрица и различные фракции, связанные с ней, поскольку свойства глин и минералов на глинистой основе играют важную роль в комплексе глинистых минералов, природе, структуре и ионной силе, связанных с взаимосвязь между поверхностью глины и окружающей средой. Химическая природа поверхности глинистых минералов, связанных, например, с соединениями органического вещества, определяет взаимодействие органо-глины и влияние на сорбционную способность на границе твердая вода (Baldock & Skjemstad, Citation, 2000).
Многие механизмы биологической защиты в среде, содержащей глинистые минералы и минеральные частицы на глинистой основе, работающие от самых мелких до самых крупных масштабов, зависят от химических свойств и размерного расположения слоев в минерале. В результате различные механизмы защиты могут быть связаны, например, с глинистыми минералами в некоторых матриксных почвах. Из-за, во-первых, физической природы минеральной фракции, особенно из-за наличия поверхностей, способных адсорбировать органические материалы, и, во-вторых, архитектуры слоев на поверхности глины, существует множество применений глинистых минералов из-за их универсального расположения (Baldock & Skjemstad, Цитата 2000). Поверхностно-реактивные фазы глинистых минералов и минералов на глинистой основе также играют важную роль в регуляции поведения и переноса загрязняющих веществ на поверхности и в недрах окружающей среды, поскольку эти поверхности являются первичными регуляторами сорбционных процессов в почвах, действуя, таким образом, как важные регуляторы транспорт загрязнений. Модификация поверхностного заряда глинистых минералов органическими компонентами отвечает за механизмы диспергирования/флокуляции образования глины на поверхности, а также за перенос минеральных коллоидных фаз через почву. Этот поверхностный заряд проявляется в значительном удерживании анионов, что гарантирует, что сложные химические свойства имеют ряд важных последствий для переноса растворенных веществ и загрязняющих веществ (Bertsch & Seaman, Citation19).99).
Мутации и преобразования глин и глинистых минералов реагируют на их химическую и термическую среду, их свойства и виды изменяются на каждом этапе от происхождения, выветривания, их транспортировки, седиментации, захоронения, диагенеза и метаморфизма.
Другое преобразование через механизм связывания между органическим катионом и заряженными слоями глины является по существу электростатическим. В результате ионообменных реакций неорганический обменный катион слоистых силикатов глинистых минералов может быть заменен органическими катионами (рис. 3).
Экологические характеристики глины и глинистых минералов
Все авторы
Сюзанна Кристин Абуди Мана, Марлия Мохд Ханафия и Ахмед Джалал Хан Чоудхури
https://doi. org/10.1080/24749508.2017.136 1128
Опубликовано онлайн :
14 августа 2017 г.Показать в полном размере
Рис. 3. Примеры структурной трансформации глины в глину с наночастицами.
Ионы, используемые для этой цели, приводят к образованию органофильных глинистых минералов, которые могут в значительной степени адсорбировать широкий спектр органических соединений. Эти материалы известны как органоглины. Их свойства и применение сильно зависят от нано- и микроструктурного устройства гибридных материалов и от механизмов взаимодействия глины с органикой. Следовательно, характеристики органоглинистых минералов могут быть использованы для различных применений. Например, при приготовлении нанокомпозитов полимер-глина органофильные полимеры и глины, действующие как нанонаполнители, также используются для разработки неорганических гетероструктур и нанокомпозитов на основе неорганической полимерной глины, которые образуют пористый кремнезем, действующий как столбчатые материалы. Еще одним применением органоглины является приготовление сепиолитовых или палыгорскитовых микроволокнистых глин с четвертичными аммониевыми солями, образующими органофильные твердые вещества, которые можно использовать в качестве загустителей для красок, а также для других промышленных и аналогичных применений. Эти преобразования делают составы, приготовленные из органо-глины, подходящими для применения в окружающей среде, поскольку они обычно основаны на (i) субстрате: благодаря своей уникальной минералогической структуре он предлагает несколько мест связывания с различными типами молекул, (ii) модификатор: органический молекула, связанная с глинистым минералом, позволяет модифицировать поверхность подложки для увеличения сродства полученного гибридного наноматериала, и (iii) интересующая молекула: органоглина готовится либо для удаления загрязняющих веществ путем адсорбции, чтобы избежать выщелачивания или разложения, или для усиления активности органической молекулы. Таким образом, упомянутые выше органофильные глинистые минералы, как и модификаторы глин, обладают способностью эффективно сорбировать органические соединения и удалять их из воды или сточных вод, достигая высокой адсорбционной способности при высоких концентрациях загрязняющих веществ, что позволяет использовать или повторно использовать воду, которая до очистки считалась бы непригодной для использования ( Ruiz-Hitzky, Aranda, Darder, & Rytwo, Citation 2010) (рис. 4).
Экологические характеристики глины и глинистых минералов
Все авторы
Сюзанна Кристин Абуди Мана, Марлия Мохд Ханафия и Ахмед Джалал Хан Чоудхури
https://doi.org/10.1080/24749508.2017.136 1128
Опубликовано онлайн :
14 августа 2017 г.Показать в полном размере
Рис. 4. Классификация силикатов по Бейли (Citation1980).
5. Заключение
Глина имеется в изобилии, и минералы на основе глины получают из разнообразных сырьевых материалов, от небольшого до широкого спектра композитов, что делает их пригодными для экологических применений и целей. Наноструктурированные гибридные материалы, полученные в результате ионного обмена на ковалентную связь, объясняют получение органоглин и их возможное экологически безопасное использование, например удаление загрязняющих веществ и составов пестицидов. Несмотря на улучшение использования глинистых минералов и гибридных материалов на основе глинистых минералов и органических молекул для удаления загрязняющих веществ, некоторые проблемы остаются нерешенными. Регенерация загрязненного сорбента и низкая гидравлическая проводимость являются одними из проблем удаления загрязняющих веществ, которые до сих пор не решены и могут представлять большой интерес для будущих исследований, направленных на улучшение механических свойств с целью улучшения структурных свойств органоглины. как гораздо лучшие функционально полезные материалы для окружающей среды среди других применений.
Заявление о раскрытии информации
Авторы не сообщали о потенциальном конфликте интересов.
№ | Характер почвы | Ед. | |
---|---|---|---|
1 | Удельный вес (Gs) | – | «> 2,66 |
2 | Пластиковый предел (PL) | % | 20,78 |
3 9023 2 | Предел усадки (SL) | % | 54,47 |
4 | Предел текучести (LL ) | % | 40,23 |
5 | Индекс пластичности (PI) | % | 19,43 |
6 | Ситовой анализ | % | «> 52,30 |
7 | Сухая масса (γd макс) | г/см 3 | 1,363 |
8 | Оптимум содержание влаги (Wopt) | % | 21,00 |
Какие минералы Используется в гончарном деле?
Миниатюры из реальной жизни, такие как эта, могут быть самыми сложными в изготовлении.От глины до глазури важно знать, какие минералы используются в гончарном деле, поскольку они всегда присутствуют в гончарном деле и гончарном искусстве. В этом нет ничего нового, так как люди формовали предметы из глины, а затем нагревали их для придания прочности и долговечности более 20 000 лет.
Глиняные минералы для гончарных изделий
Глина является основой для гончарных изделий и состоит из множества различных минералов. Поскольку они могут образовывать большие залежи, наиболее распространенными глинистыми минералами, используемыми гончарами, являются каолинит, монтмориллонит и бентонит. Эти минералы состоят из гидросиликата алюминия. Они имеют слоистую листовую структуру, малый размер частиц и обычно содержат примеси, такие как железо. Все они мягкие и пластичные во влажном состоянии. Это позволяет гончарам формовать или моделировать влажную глину в форму, которая сохранится при высыхании.
Закрепите этот пост, чтобы сохранить эту информацию на потом.По мере высыхания глина становится твердой, ломкой и непластичной. При нагревании до точки стеклования частицы глины плавятся и сплавляются, делая форму постоянной. Фактическая температура стеклования глины зависит от типа глины и ее соотношения с другими ингредиентами в глиняном теле.
Сегодня коммерческие глины смешиваются из материалов, добытых в разных местах по всему миру, и перемалываются в мелкий порошок. Они упаковываются и продаются в регионах для использования в определенных диапазонах температур обжига. (Примечание автора: большая часть шаровой глины, которую я использую, поступает из старой шахты № 4 в Мейфилде, штат Кентукки. Я добываю щелочной полевой шпат из Блэк-Хиллз в Южной Дакоте и полевой шпат плагиоклаза из Северной Каролины.)
Керамические глиняные изделия гончары делят на группы с общим диапазоном обжига: фаянс (1750-2000°F), керамогранит (2010-2370°F) и фарфор (2200-2500°F). Гончары, решившие добывать ингредиенты для своей глины или глазури, должны провести много испытаний методом проб и ошибок, чтобы подобрать подходящую глиняную массу или глазурь, которые соответствуют их условиям обжига.
Наиболее распространенные глинистые минералы
Глины образуются в результате химического выветривания, когда углекислый газ из атмосферы и почвы растворяется в дождевых или грунтовых водах, образуя кислый раствор, который проникает в богатые полевым шпатом породы, такие как гранит.
Горные породы, богатые каолинитом, известны как каолины. Они от белого до кремового или бледно-желтого цвета, имеют неровный излом и землистый блеск.Переход от полевого шпата к глине происходит постепенно в течение длительных периодов времени. Полевые шпаты, такие как ортоклаз, могут превращаться непосредственно в глинистый минерал каолинит и оставаться в исходном месте образования или переноситься в результате эрозии и откладываться в осадочных слоях в озерах или морских бассейнах. Глинистые отложения состоят из широко распространенных осадочных пород по всему миру, и известно, что они встречаются даже на Марсе.
Основные группы глинистых минералов включают группы каолина и смектита. Группа каолинов включает минералы каолинит, дикит и галлуазит. Группа смектита включает минералы монтмориллонит, нонтронит и бейделлит.
Как гончар лепит глину
Фарфоровая посуда с черно-коричневой глазурью тенмоку. Минерал здесь — гематит, состоящий из оксида железа. Добавление 8-10% оксида железа к бесцветной глазури даст этот цвет.Существует множество методов формирования, придания формы или формы глине. Художник-керамист может посвятить десятилетия изучению и совершенствованию широкого спектра техник. Поскольку влажные частицы глины движутся и скользят друг относительно друга, глина может расширяться, растягиваться и изгибаться, в то время как дополнительные куски могут быть соединены или отрезаны. Эта пластичность глины является важной характеристикой, которая делает работу с глиной уникальной. Это не похоже на работу с камнем или деревом, когда шлифовальный станок или лезвие могут удалить вещество только с фиксированного куска материала.
Опытный мастер или художник может превратить шар глины в цилиндр, а затем растянуть или сузить его до нужной формы, вращая на гончарном круге. После того, как горшок новой формы высохнет, его обжигают в печи, достаточно горячей, чтобы испарить физическую воду и подготовить его к процессу глазирования. На этом этапе, известном как бисквит, керамика остается пористой и позволяет нанесенной глазури впитаться в горшок и прилипнуть к нему.
Керамические глазури
Компоненты типичной глазури при нагревании до 2340°F. Слева направо: кварц, микроклин, каолинит и мрамор. Когда эти минералы измельчаются в мелкий порошок и добавляются по весу в следующем соотношении: кварц 33 %, калиевый полевой шпат 27 %, каолинит 20 % и мрамор 20 %, результатом будет глянцевая бесцветная глазурь. Другие минералы могут быть добавлены в качестве красителей.Глазури представляют собой тонкие покрытия из тонкоизмельченных минералов, которые наносятся на поверхность керамики кистью, окунанием, заливкой или распылением. При обжиге в печи они плавятся и сливаются с горшком, придавая горшку цвет и отделку, глянцевую или матовую. Некоторые глазури также используются для облицовки функциональной керамики, чтобы сделать ее гигиеничной и легкой в уходе. Некоторые низкотемпературные глины покрыты глазурью, чтобы сделать их водонепроницаемыми. Глазури также служат художественным украшением.
Выглядящие как стекло глазури в основном состоят из кремнезема (кварца), но поскольку кварц плавится при такой высокой температуре (3139°F), для снижения его точки плавления добавляются флюсы. Минералы и горные породы, богатые натрием, литием и калием (щелочные металлы), такие как полевые шпаты, нефелиновые сиениты и сподумен, отлично справляются с плавлением глазури при более низких температурах.
После добавления флюса в глазурь добавляются стабилизаторы (также называемые огнеупорами), чтобы она не стекала и не вытекала из кастрюли во время нагревания. Стабилизаторы богаты алюминийсодержащими минералами и глинами, такими как каолинит, шариковая глина и гроллег (предварительно обожженная глина, измельченная в мелкие гранулы). Бентонит, нечистая абсорбирующая глина, состоящая в основном из монтмориллонита, часто добавляют в небольших количествах в глазури, чтобы мелкие частицы глазури не оседали в растворе воды.
Использование гончарного круга для центрирования и растяжения влажного комка глины в процессе превращения простого комка глины в произведение искусства. Предоставлено Стивеном Мори.Керамика, обожженная
После нанесения глазури на бисквитный (первый обжиг) горшок керамику нагревают в печи.