Глауконит— минерал, водный алюмосиликат железа, кремнезема и оксида калия не постоянного состава.
Химическая формула (K, H2O) (Fe3+,Al,Fe2+,Mg) 2 [Si3AlO10](OH)2×nH2O
Химический состав (непостоянный): окись калия (К2О) 4,4—9,4 %, окись натрия (Na2O) 0—3,5 %, окись алюминия (Al2O3) 5,5—22,6 %, окись железа (Fe2O3) 6,1—27,9 %, закись железа (FeO) 0,8—8,6 %, окись магния (MgO) 2,4—4,5 %, двуокись кремния (SiO2) 47,6—52,9 %, вода (H2O) 4,9—13,5 %.
Физико-химические свойства ГЛАУКОНИТА
Физико-химические свойства ГЛАУКОНИТА делают его практически незаменимыми для формирования естественных и искусственных геохимических барьеров.
Поглотительная способность естественных глинистых пород в определенной мере ограничена, и потому их использование в качестве природных сорбентов не получило широкого практического распространения. Вместе с тем, свойства ГЛАУКОНИТА, природного сорбента, обусловленные особенностями строения и вещественного состава минерала, убеждает в наличии большого потенциала ГЛАУКОНИТА, как лидера среди сорбентов.
Важно выделить , что ГЛАУКОНИТ способен обеспечивают процессы самоорганизации, суть которой выражается в самопроизвольном образовании структуры из хаотичного состояния их составляющих.
Многие глинистые породы обладают высокой мерой химической инерционности, что подтверждается наличием в них факторов буферности. К важнейшим из них относятся коллоидно-дисперсные минералы, малорастворимые соли основного или кислотного характера, состав обменных катионов и анионов, соотношение в золь-гелевой фазе ацидоидов и базоидов, содержание гумусовых веществ и т.д. Глинистые породы устойчиво существуют в сравнительно узкой области pH, от 5 до 5.8 - двухслойные алюмосиликаты - каолинит, аллофан, галлуазит и от 6,5 до 8 - биотит, мусковит, ГЛАУКОНИТ, монтмориллонит, иллит, хлорит и др. Поэтому при внесении в среду (грунты, воды) алюмосиликатов, способных сместить реакцию среды за пределы области устойчивого существования глинистых минералов породы, она будет подвержена интенсивному гидролизу.
Однако, началу реализации такого разрушительного процесса противодействуют факторы буферности. Поскольку глауконит является сложной минеральной системой, то, согласно принципу Ле-Шателье, он оказывает тормозящее противодействие неблагоприятному для его устойчивого состояния изменению реакции среды.
Такие факторы буферности Глауконита являются первичным средством обеспечения процессов самоорганизации при защите сформировавшегося структурного строения минерала.
Более того, если агрессивное воздействие химических реагентов полностью преодолевает действие факторов буферности породы (т.е. подавляет их), то противодействие этим процессам осуществляется за счет буферного действия кристаллических решеток ГЛАУКОНИТА. В частности, из его кристаллических решеток экстрагируются те оксиды, которые способны оказывать нейтрализующее противодействие ионам химического реагента, вызвавшим неблагоприятные изменения pH среды.
Например, если сформировавшаяся неблагоприятная для ГЛАУКОНИТА среда находится в кислом интервале pH, то в жидкую фазу взаимодействующей минеральной системы экстрагируются оксиды щелочных (Na20, K2O) и щелочно-земельных металлов (CaO, MgO и др.). Эти оксиды, взаимодействуя с ионами химического реагента и содействуют смещению реакции среды в благоприятную сторону для подвергшейся химической "агрессии" ГЛАУКОНИТА .
Аналогично указанному, в неблагоприятном для ГЛАУКОНИТА щелочном интервале pH буферящими ингредиентами будут амфотерные оксиды R2O3, оксид кремнезема SiO2 и кислые соли слабых кислот, а также гумусовые вещества и их производные и т. д.
Из геохимии гипергенеза известно , что алюмосиликаты (к коим относится Глауконит) разрушаются по законам инконгруэнтного растворения, которое обусловлено:
1) неограниченной растворимостью щелочных и щелочноземельных элементов, характеризующихся низким ионным потенциалом;
2) растворимостью кремнезема и глинозема как функции pH.
При этом гидролитическое разрушение минералов первоначально происходит в полиэдрах с 12, 10 и 8 вершинами, занятыми Ka, Na, Ca, которые связаны в структуре минералов в основном ионными и сильнополярными типами связей. После этого начинают разрушаться октаэдры с 6 вершинами, в вершинах которых находятся Al и Si. При наличии в растворе комплексообразующих веществ резко интенсифицируется выход в раствор полуторных оксидов (R2O3), а выход кремнезема увеличивается в 10-50 раз .
Гидролитическое разрушение ГЛАУКОНИТА в системах реагент-грунт вначале происходит в поверхностных зонах минеральных частиц, более доступных к воздействию сложившейся неблагоприятной для их стабильного существования агрессивной жидкой фазы. Затем, при достаточно высокой концентрации внесенных в грунт химических реагентов, радиоактивных изотопов, тяжелых металлов, - разрушаются или подвергаются интенсивному гидролизу и более удаленные от границ раздела фаз зоны минеральных агрегатов.
Процесс частичного разрушения ГЛАУКОНИТА выражается в извлечении (экстрагировании) из его кристаллической решетки наиболее подвижных оксидов одно- и двухвалентных металлов, а затем и полуторных оксидов. Это приводит к нарушению связей в кристаллических решетках; при дальнейшем агрессивном воздействии дисперсионной среды выходят в раствор и другие оксиды, в том числе и SiO2. Из глинистых частиц и продуктов их гидролиза формируется золь-гелевая фаза и минерально-матричная система, состоящая из твердых глинистых частиц с разбалансированной кристаллической решеткой поверхностных слоев ГЛАУКОНИТА, что обеспечивает ему повышенную сорбционную способность (емкость).
В образовавшейся сложной многокомпонентной системе, включающей растворенные в жидкой фазе грунта оксиды, экстрагированные из ГЛАУКОНИТА, а также твердые частицы минеральной матрицы и золь-гелевой фазы, происходит непрерывный процесс химического поглощения ионов химических реагентов с формированием метастабильных предельно гидратированных первичных соединений алюмосиликатных новообразований. Приведенный механизм разрушения глинистого вещества подробно был раскрыт в теории синтеза вяжущих веществ (ТСВВ) в дисперсных грунтах .
Ядром указанной теории является учение о стадийности, взаимосвязи и последовательности физико-химических процессов в системах реагент – глауконит. Сложный процесс взаимодействия химических реагентов с Глауконитом подразделяется на пять условных стадий. При этом в качестве химических реагентов принимаются вещества, способные смещать реакцию среды породы в кислый или щелочной интервалы, неблагоприятные для устойчивого существования минералов глинистой породы.
Стадии взаимодействия:
1. Физико-химические процессы растворения и диссоциации химических реагентов в жидкой фазе Глауконита;
2. Физико-химические процессы преодоления факторов буферности Глауконита (обменные реакции, реакции соединения, химического поглощения ионов реагентов твердыми и коллоидными дисперсными, а также золь-гелевыми фазами);
3. Процессы инконгруэнтного гидролиза (разрушения) Глауконита, формирования много компонентной системы оксидов, экстрагированных из кристаллических решеток глинистых минералов, образование первичных предельно гидратированных метастабильных соединений и формирование коллоидно-дисперсной и золь-гелевой фаз новообразований;
4. Фазовые превращения первичных соединений в более устойчивые вторичные, третичные и т.д. (процессы бифуркации новообразований), что приводит к уплотнению и повышению стабильности золь-гелевой фазы новообразований;
5. Формирование (синтез) полиминеральных алюмосиликатных новообразований, обладающих вяжущими свойствами, обусловленное самопроизвольной оптимизацией соотношения и состава продуктов жидкофазных химических реакций, вследствие преодоления внутренних противоречий, присущих системам реагент - грунт.
Эта теория фактически представляет собой важнейший этап процесса самоорганизации глауконита. Данный завершающий физико-химический процесс сопровождается обращением фаз системы Глауконит - реагент следующим образом: исходно непрерывная жидкая фаза системы становится прерывной, а исходно прерывная твердая фаза превращается в непрерывную.
Это означает, что исходное вязкотекучеее агрегатное состояние системы спонтанно переходит в твердопластичное и далее в твердоупругое состояние, иначе система "схватывается" или затвердевает, тем самым реализуется процесс омоноличивания исходно дискретной смеси (вода - глинистые частицы - реагент) или ее литификации (цементации). При этом происходит самопроизвольное формирование новой структуры взаимодействующей системы, что наиболее убедительно подтверждает наличие процессов самоорганизации данного объекта неживой природы -ГЛАУКОНИТА.
Таким образом, ТСВВ раскрывает в определенной мере физико-химический механизм процесса самоорганизации ГЛАУКОНИТА. Фактически установлено неизвестное ранее явление самопроизвольной оптимизации соотношения и состава продуктов жидкофазных химических реакций, контролирующее процессы образования неорганических вяжущих веществ в дисперсных минеральных средах (например, в цементных растворах и бетонах, а также в обработанных специально подобранными химическими реагентами глинистых грунтах). Это явление обусловлено бифуркациями (фазовыми переходами) коллоидно-дисперсных аморфных и кристаллических новообразований при непрерывном изменении их концентрации под влиянием буферящих ингредиентов в условиях пресыщения жидкой фазы взаимодействующей системы, в частности, реагент - ГЛАУКОНИТ.
Выделим те свойства ГЛАУКОНИТА, которые можно отнести к разряду уникальных:
1) высокую дисперсность, обусловливающую повышенную гидрофильность, наличие коллоидно-дисперсных свойств и формирование при увлажнении ГЛАУКОНИТА золь-гелевых фаз, определяющих когезионно-адгезионные свойства (липкость) и пластичность его как природного вяжущего материала;
2) совокупность факторов буферности, обеспечивающих (или контролирующих устойчивое существование ГЛАУКОНИТА в характерной ему области pH среды, зависящей от вещественного состава и кристаллохимического строения (структуры) минерала;
3) высокую физико-химическую активность ГЛАУКОНИТА, характеризуемую емкостью поглощения и наличием сложного по составу поглощающего комплекса;
4) характерный естественный уровень pH среды ГЛАУКОНИТА,
5) способность самопроизвольного изотермического восстановления разрушенной структуры;
6) способность к регенерации ГЛАУКОНИТА в соответствии с присущей ему начальной структурой (генетическим кодом).
Выделенные свойства ГЛАУКОНИТА имеют исключительно важное значение для использования его свойств при решении различных инженерно-геоэкологических задач по защите окружающей среды.
Пример минерально-генетического (регенерационного) подхода к реализации процессов физико-химического преобразования различных видов химически неуравновешенных техногенных отходов в экологически безопасные материальные системы -это взаимодействие в системе Глауконит — реагент (отходы, розливы нефти, нефтяные шламы и пр.). Из числа различных агрегатных форм отходов для окружающей среды наибольшую опасность представляют жидкие и вязкопластичные (нефть, нефтепродукты, масла, ядохимикаты, проукты органического синтеза и прочее), так как миграция из них вредных веществ-загрязнителей может происходить наиболее интенсивно, поскольку они в этих отходах могут пребывать в коллоидно-, молекулярно- и ионно-растворимом состоянии.
При этом особую опасность для окружающей среды представляют содержащиеся в отходах тяжелые металлы (Cd, Pb, Hg, Cu, Zn, Ni, Cr и др.), радионуклиды, полиароматические и хлорорганические соединения, гебрициды и пестициды, синтетические поверхностно-активные вещества, растворимые и нерастворимые углеводороды и т.д. Глауконит «сажает» на себя тяжелые металлы, препятствует их перемещению в почве, переход в растения, связывает нуклиды, и активно переводит их в стабильное состояние, что снижает опасное радиоактивное излучение.
ИСТОЧНИКИ:
Глауконит (англ. Glauconite) - сложный калийсодержащий водный алюмосиликат, минерал из группы гидрослюд подкласса слоистых силикатов непостоянного и сложного состава. Источник: https://catalogmineralov.ru/mineral/glauconite.html#hr
