36 Слоистые глинистые минералы с двухслойными и трехслойными пакетами: группа каолинита и группа монтмориллонита

В структуре слоистых силикатов тетраэдрические слои кремнекислородных тетраэдров образуют совместно с октаэдрическими бруситовыми или гиббситовыми слоями двухслойные (каолинит, серпентин), трехслойные (тальк) или четырехслойные (хлориты) нейтральные пакеты. Пакеты в двухслойных силикатах сложены одним тетраэдрическим и одним октаэдрическим слоями (рис. 19); причем в двухслойных пакетах Si4+ никогда не замещается на Al3+. В трехслойных пакетах - два тетраэдрических и один октаэдрический слой, расположенный между ними (рис. 20).

Близость структур отдельных слоистых силикатов друг с другом и со структурами слоистых алюмосиликатов приводит к появлению различных смешанно-слоистых силикатов. Из-за слоистой структуры для этих минералов характерны таблитчатые кристаллы, чешуйчатые агрегаты, иногда скрытокристаллические. Для них характерны совершенная и весьма совершенная спайность по слоистости, низкая твердость. Из-за слабой связи между слоями и большого расстояния между ними многие слоистые силикаты обладают ионно-обменными свойствами, способны поглощать воду и другие вещества с полярными молекулами. Слоистые силикаты, особенно в мелкочешуйчатых агрегатах, трудно отличаются друг от друга. Значительную помощь при диагностике может оказать термический анализ, инфракрасная спектроскопия, электронная микроскопия и другие специальные методы диагностики. Основная масса слоистых силикатов является продуктами гидролиза островных, цепочечных, ленточных, а также каркасных силикатов. Это минералы гидротермально-измененных пород и поверхностных процессов. Они возникают также в контактово-метасоматических (скарны) и метаморфических процессах. В результате гидролиза возникает множество смешанно-слоистых минералов типа тальк-хлоритов, пирофиллит-хлоритов и других. Наиболее типичными продуктами гидролиза являются хлориты и слюды. Затем гидролиз ведет к образованию гидрослюд, монтмориллонита, и наконец, каолинита, гидроксидов алюминия и кремнезема. Степень развития процессов гидролиза определяется в первую очередь температурой, рН среды, интенсивностью водообмена, активностью катионов. Так, при высокой активности Mg и Al в условиях относительно высокой температуры возникают хлориты, а в условиях высокой активности К - мусковит (особенно по каркасным алюмосиликатам). При более низкой температуре и высокой активности Mg2+, Al3+, Ca2+,Na+ образуются смешанно-слоистые хлорит-смектиты, которые при более низкой температуре замещаются смектитами. Смектиты - это минералы семейства монтмориллонита (монтмориллонит, бейделлит, нонтронит и др.). "Смектит" - английский синоним названия монтмориллонит. При более высокой активности К образуются иллиты, затем иллит-смектиты и смектиты, иллит - гидромусковит и другие гидрослюды. В условиях высокой активности Mg2+ возникает вермикулит, который затем замещается смешанно-слоистым вермикулит-смектитом и смектитами. При достаточном водообмене смектиты в свою очередь переходят в кандиты.

Кандиты - это минералы группы каолинита (каолинит, галлуазит, диккит). Наряду с конечными продуктами гидролиза может существовать большое число промежуточных соединений. При этом за счет разных исходных минералов возникают сложные тончайшие смеси слоистых силикатов и слоистых алюмосиликатов. В таких смесях обычно содержатся минералы кремнезема, гидроксиды Al, Fe, Mn, оксиды Fe, Mn, иногда карбонаты Mg, Fe, Ca и другие вторичные и остаточные минералы. Подобные образования характеризуются тонкодисперсностью, способностью давать с водой пластичные массы и получили название "глинистые минералы". Они объединяют минералы группы монтмориллонита и группы каолинита. Глины часто содержат также хлорит, серпентин, гидрослюды, которые являются типичными слоистыми алюмосиликатами. В настоящем курсе мы рассмотрим слоистые силикаты и алюмосиликаты представленные в таблице 7.

рис 20

рис 21

КАОЛИНИТ - Al 2[Si2O5](OH)4

Название происходит от китайского слова Кау-Линг. Это название горного района в Китае, где он был обнаружен и добывался. Кау-Линг означает "высокая гряда".

По составу минерал близок своей формуле, характерно наличие политипов - диккита и накрита (рис.19). Из смешанно-слоистых структур широко распространены каолинит - галлуазитовые, каолинит -монтмориллонитовые структуры. Обычно тонкодисперсные плотные агрегаты с величиной индивидов около 1 мкм и меньше, землистые, порошковатые массы. Цвет минерала белый. Механические примеси гидроксидов железа окрашивают выделения в красный цвет. Блеск тусклый. Весьма совершенная спайность наблюдается только под электронным микроскопом. Твердость 1-1.5. Она повышается в случае тесных срастаний с опалом до 4-5. Имеет характерный "глинистый" запах в увлажненном состоянии. Для этого достаточно на него подышать. С водой образует пластичную массу. На ощупь жирный, гигроскопичен.

Диагностика. От монтмориллонита и других глинистых минералов отличается с помощью термического анализа и электронной микроскопии. Широко используют также избирательное поглощение различных красителей. Так, бензидин окрашивает монтмориллонит в синий цвет, а каолинит и галлуазит остаются неокрашенными.

рис 19

МОНТМОРИЛЛОНИТ (Na,K,Ca)(Аl,Fe,Мg)[(Si,Al)4O10](OH)2*nH2O

Моноклинная сингония

Назван по названию местности Монтморилльон во Франции. Содержит межслоевую воду, а также гидратированные комплексы типа оксония Н3О+, тригидрата Н+* H 2O и другие. Широкий изоморфизм типа Mg2+=Fе2+; Мg2+=(Fе2+,Zn2+,Cu2+); Al3+=(Fe3+,Cr3+). В зависимости от состава выделяют большое количество разновидностей: ферримонтмориллонит, Ni- монтмориллонит и другие. Главной особенностью монтмориллонита является его способность к адсорбции различных ионов (в основном катионов), а также к ионному обмену. Помимо межслоевой воды часто содержит некоторое количество адсорбированной воды, связанной с тонкодисперсностью выделений. Возникает большое число представителей переменного состава. Цвет минерала белый или серый. Механические примеси гидроксидов железа окрашивают выделения минерала в различные тона красно-бурого цвета. Весьма совершенная спайность. Твердость 1-1.5. Блеск матовый. Обладает характерным "глинистым" запахом в увлажненном состоянии. С водой образует пластичные массы, при этом, разбухая, может увеличиваться в объеме в 10 раз. Входит в состав бентонитовых глин, характерной особенностью которых является сильное набухание в присутствии воды.