Глинистые минералы. Основные свойства глинистых минералов

Глины и глинистые минералы
Различают понятия "глинистые породы", "глинистые минералы", "глины". В то же время четких определений этих понятий не существует. У разных авторов они трактуются с теми или иными видоизменениями. Излагаемый ниже материал дается по работам П.П. Авдусина, Е.М. Сергеева, Р.Е. Гримма, Ж. Милло, Л.И. Кульчицкого, Н.Я. Денисова, В.Д. Ломтадзе, A.M. Ломтадзе, А.К. Ларионова и др.
Глинистые породы - это обширная группа тонкодисперсных осадочных пород, занимающая промежуточное положение между породами обломочного и химического происхождения. В их составе наряду с обломочными.частицами содержатся тонкодисперсные, размером менее 0,002 мм.
Среди пелитовой фракции обломочных пород, к которой относятся глинистые частицы, различают грубые пелиты (0,002-0,001 мм) и тонкие пелиты (менее 0,001 мм).
Именно у пород, состоящих из частиц размеры которых менее 0,002 мм, наиболее четко проявляются характерные "глинистые" свойства (пластичность, липкость,. низкая водопроницаемость, большая емкость поглощения).
По условиям образования глинистые породы могут быть континентальными, лагунными и морскими.
В работе дается классификация глинистых пород по отдельным признакам: 1) по степени литификации - глинистый ил, глина мягкая, глина уплотненная, аргиллит, аргиллит сланцевый; 2) по содержанию глинистых (менее 0,002 мм) и пылеватых (от 0,002 до 0,05 мм) частиц - глина, глина пылеватая, глина песчаная, суглинок, суглинок пылеватый, супесь; 3) по составу глинистых минералов - , гидрослюдистые, монтмориллонитовые, полиминеральные; 4) по содержанию карбонатного материала - глина, глина известковая мергелистая, мергель глинистый, мергель, мергель известковистый.
Глинами в инженерно-геологической практике называют токодисперсные осадочные породы, в составе которых содержится не менее 30 % частиц диаметром менее 0,002 мм. Глины обладают связностью и пластичностью в природном состоянии или при искусственном увлажнении водой, а при высыхании сохраняют приданную им форму. Из всех известных признаков глин только эти признаки являются устойчивыми и легко устанавливаемыми. Согласно Р.Е. Гримму, термин "глина" употребляется как название породы, а также для обозначения пород, имеющих определенный размер частиц (менее 2 мкм). В общем под глиной подразумевают природный землистый, тонкозернистый материал, который при смешении с ограниченным количеством воды обнаруживает пластичность.
Основную роль в формировании присущих глинам свойств играют глинистые минералы, под которыми понимаются компоненты, составляющие основу глин, представляющие собой группу слоистых и слоисто-ленточных силикатов и имеющие кристаллическую структуру.
Среди глинистых минералов наиболее распространены , гидрослюды (иллиты) и монтмориллониты. Между собой они различаются строением кристаллической решетки с вытекающими из этого различия особенностями свойств минералов и, следовательно, свойств глин и глинистых пород.
Глинистые минералы образуются в результате изменения первичных минералов (полевых шпатов, слюд, хлоритов и т. п.) а также в результате выпадения в виде гелей из коллоидных и химических рестворов.
С учетом преобладающего содержания того или иного глинистого минерала выделяют следующие основные типы глин: , гидрослюдистые и монтмориллонитовые. Каолинитовые глины имеют континентальное происхождение (глины коры выветривания, озерные, болотные, речные, опресненных лагун) и образуются обычно в кислой среде; гидрослюдистые могут быть как континентальными, так и морскими, формируются в кислой, нейтральной и щелочной средах; монтмориллонитовые имеют морское происхождение и образуются преимущественно в щелочной среде.
Свойства глин и их отличия от неглинистых материалов в значительной степени зависят от кристаллохимии их поверхностей. Этот фактор был включен в определение понятия "глинистый минерал", данное Е.М. Сергеевым и Р.И. Злочевской . Под глинистым минералом предлагается понимать высокодисперсные и относительно стабильные минеральные соединения групп водных силикатов слоистого или слоисто-ленточного строения, образовавшиеся преимущественно в процессе химического выветривания горных пород. Их высокая дисперсность, характеризующаяся коллоидными и близкими к ним размерами частиц, достигается благодаря специфике свойств базальных поверхностей микрокристаллов этих частиц.
Развернутое определение глинистого минерала с позиций гидратации базальных поверхностей дано Л.И. Кульчицким . Глинистыми минералами он называет кристаллические водные силикаты, характеризующиеся следующими критериями: 1) слоистым или цепочечно-слоистым типом структуры; 2) высокой степенью дисперсности (размеры кристаллов менее 1-5 мкм); 3) преобладанием адсорбционных центров относительно катионов и молекул воды на базальных поверхностях; 4) меньшей энергией адсорбции на центрах первой категории (базальных поверхностях) по сравнению с энергией адсорбции на центрах второй категории, что служит причиной относительно большой поверхностной дйссоциации глинистых минералов в воде; 5) поверхностной диссоциацией обменных катионов в водной среде, вследствие чего вблизи базисов развиваются глинистые частицы диффузно-гидратного слоя; 6) сильным набуханием при взаимодействии с водой и водными растворами электролитов. Считается, что такое многостороннее раскрытие понятия "глинистый минерал" определяет специфику этой группы минералов как с точки зрения крис-таллохимии и коллоидной химии, так и с точки зрения инженерной геологии.
Под глиной Л.И. Кульчицкий понимает высокодисперсную систему "глинистые минералы - вода", обладающую определенной коагуляционной структурой, все контакты между элементами которой могут осуществляться через прослойки воды с аномальными реологическими свойствами.
Каковы же форма и размеры глинистых частиц? Как уже отмечалось, к глинам относятся породы с преобладанием частиц размером менее 0,002 мм.
Приведем размеры глинистых частиц, полученные Р.Е. Гриммом с использованием электронной микрофотографии. Частицы каолинита представляют собой хорошо образованные шестиугольные чешуйки, часто с преобладающим удлинением в одном направлении. Наибольшие размеры в плоскости чешуек колеблются от 0,3 до 4 мкм, а толщина - от 0,05 до 2 мкм. Могут быть и более крупные частицы. Монтмориллонит на фотографиях предстает в виде беспорядочно расплывчатой массы чрезвычайно малых частиц. Отдельные частицы имеют толщину порядка 0,002 мкм. Некоторые монтмориллониты сравнительно легко разрушаются до чешуек с толщиной, приближащейся к высоте одной элементарной ячейки. Размеры поверхности чешуек примерно в 10-100 раз превышают толщину частиц. Иллит проявляется в виде небольших нечетко обозначенных чешуек, некоторые из, них имеют отчетливую гексагональную форму. Толщина самых тонких частиц приблизительно 3 нм, диаметр от 0,1 до 0,3 мкм. В целом, согласно Р.Е. ГримМу, для частиц каолинита отношение диаметра чешуйки к толщине составляет (2-25),:1, а для монтмориллонита -(100-300): 1.
Глинистая порода, как и любая горная порода, представляет собой естественную трехфазную систему, включающую минеральный компонент, воду и газовую составляющую . Эта система непрерывно изменяется во времени под влиянием внешних и внутренних причин (в основном температуры и давления). Как отмечают Г.К. Бондарик, A.M. Царева и В.В. Пономарев , состав, состояние и свойства горной породы (в том числе и проницаемость) зависят от условий ее формирования и последующей истории развития. Это особенно ярко проявляется в глинистых породах, которые по сравнению с другими породами представляют собой наиболее динамичные системы, достаточно интенсивно изменяющие свой облик на разных стадиях литогенеза и чрезвычайно восприимчивые в отношении структурно-текстурных особенностей и свойств к внешним и внутренним воздействиям. В этой связи кратко остановимся на понятиях структуры и текстуры глинистых пород, используя для этого представления, развитые в работе .
Под структурой горной породы вообще, и глинистой в частности, понимается ее строение, определяемое размером и формой структурных элементов (блоков, агрегатов, зерен и др.), характером их поверхностей и количественным соотношением между разными структурными элементами. Под текстурой горной породы понимается взаимное расположение структурных элементов и их пространственная ориентация. Структура системы, ее текстура и свойства взаимосвязаны.
Текстура породы наследует и отражает черты обстановки литогенеза. Поэтому заслуживает внимания установление зависимостей между коли-чественными показателями структуры породы и процессов, обусловивших формирование горной породы, в том числе ее текстуры. Это в свою очередь позволило бы подойти к реконструкции обстановки, в которой происходило формирование породы.
В работе высказывается интересная мысль о том, что деформация породы представляет собой как бы "память" породы, в которой запечатлены сведения об ее формировании и развитии,

Глинистые минералы - слоистые тонкодисперсные соединения силикатов алюминия, магния и отчасти железа, представленные преимущественно кристаллическими формами малых размеров (1 -2 мкм, что составляет 0,001-0,002 мм), в которых атомы и ионы формируют кристаллическую решетку.

Глинистые минералы состоят из тетраэдрических и октаэдрических слоев, образуя структурные слои - пакеты.

При образовании пакета часть гидроксильных групп замещается ионами кислорода тетраэдров, поэтому в пакете 2 / 3 анионов, связанных одновременно с катионами тетраэдров и октаэдров, представлены кислородом, У 3 связана с гидроксильной группой (ОН) - . Взаимодействие ионов внутри пакетов осуществляется при помощи электростатических и ковалентных связей (между ионами Si и О в тетраэдрах наблюдается более прочная ковалентная связь, а в октаэдрах преобладают электростатические связи). Между пакетами (через межслоевые катионы) присутствуют более слабые ионно-электростатические, водородные и межмолекулярные силы.

Если в центре октаэдров октаэдрической сетки расположены трехвалентные катионы (Al 3+ , Fe 3+), то в самой сетке каждый третий октаэдр отсутствует (это определено условиями полной электростатической скомпенсированности валентностей). Минералы такого типа называются диоктаэдрическими, так как состав октаэдрического слоя в диоктаэдрических минералах соответствует составу минерала гиб- бсита А1(ОН) 3 . Этот слой иногда называют гиббситовым. Если же в центре октаэдров расположены двухвалентные катионы (Mg 2+ , Fe 2+), то для сохранения баланса валентностей необходимо, чтобы в сетке были заполнены все октаэдрические узлы (позиции). Такие минералы называются триоктаэдрическими, состав октаэдрического слоя в них соответствует составу минерала брусита Mg(OH) 6 , а слой называют бруситовым.

В зависимости от числа сеток выделяют двух-, трех- и четырехслойные пакеты. Двухслойные пакеты состоят из одной тетраэдрической и одной октаэдрической сетки, они обозначаются 1:1. Трехслойные пакеты состоят из двух тетраэдрических и одной октаэдрической сетки, они обозначаются 2:1. В четырехслойных пакетах между двумя трехслойными образованиями заключена еще одна октаэдрическая сетка, они обозначаются 2:1:1 (табл. 2.6).

Глинистые минералы состоят из двух- и трехслойных пакетов. Главным представителем двухслойных минералов является каолинит, трехслойных - монтмориллонит. Остальные глинистые минералы являются их изоморфными и политипными разновидностями.

Глинистые минералы подразделяются на несколько групп:

• каолинита (каолинит, галлаузит);
• аллофана (аллофан, гизингерит);
• монтмориллонита (монтмориллонит, бейделлит, нонтронит, хри-

зоколлаидр.);

• вермикулита (вермикулит (фото 2.5), сапонит);
• гидрослюд (иллит, глауконит);
• палыгорскита(сепиолит).

Глинистые минералы

Фото 2.5. Вермикулит- (Mg, Fe 2 +, Fe 3 +) 3 [(Si,AI) 4 0 10 ] (0Н) 2 4Н 2 0

Взаимные переходы глинистых минералов: плагиоклаз-?гиббсит^ аморфный материал ^ каолинит -? аморфный материал -? монтмориллонит -? каолинит -? хлорит железистый -? смешаннослойные минералы -? вермикулит.

Таблица 2.6

Общие принципы классификации глинистых минералов

Тип заполнения октаэдрического слоя	Соотношение тетраэдрических и октаэдрических сеток в пакете (тип пакета)
	(двухслойный	2:1 (трехслойный пакет)			2:1:1 (четырехслойный пакет)
Диоктаэдрический	Группа каолинита Группа галлу- азита	Группа диок- таэдрическо- го монтмориллонита	Группа диок- таэдрического вермикулита	Группа диок- таэдрических слюд и илли- тов	диоктаэдри- хлоритов
Триоктаэдрический	Группа серпентина	Группа сапонита	Группа триок- таэдрического вермикулита	Группа триок- таэдрических слюд и илли- тов	триоктаэд- рических хлоритов

Биотит -+? хлорит магниевый.

Биотит -? аморфный материал -> гётит.

Биотит -? вермикулит -? монтмориллонит -? гидрослюда -? каолинит -? иллит триоктаэдрический.

Мусковит -? вермикулит -? монтмориллонит -? гидрослюда -?каолинит -+? иллит диоктаэдрический.

Si0 2 , R 2 0 3 -? гётит, гиббсит.

По устойчивости к выветриванию минералы можно выстроить в ряд - триоктаэдрические слюды (Fe, Mg), хлориты -? диоктаэдри- ческие слюды (А1) -? вермикулит-? гидрослюды -? монтмориллонит -? хлориты -? каолинит -? оксиды и гидрооксиды Fe и А1.

Важнейшим свойством глинистых минералов, определяющим их роль в процессах почвообразования и формировании физико-химических свойств почв, является высокая емкость катионного обмена

(табл. 2.7). Этот показатель на порядок выше по сравнению с первичными минералами.

Таблица 2.7

Емкость катионного обмена глинистых минералов_

Изоморфизм. При одинаковой структуре минералы имеют разный химический состав благодаря взаимным замещениям катионов в октаэдрических и тетраэдрических сетках. Изоморфизм характерен для минералов монтмориллонитовой группы - монтмориллонит, бей- деллит, нонтронит.

Политипия - явление, при котором состав и структура слоев не меняется, а происходит смещение, повороты слоев в пакете друг относительно друга. Политипия характерна для минералов каолинито- вой группы - каолинит, диккит, галлуазит.

Большинство глинистых минералов встречаются в виде очень тонкозернистых агрегатов, состоящих из чешуек реже волокон. Они выделяются в виде рыхлых, землистых, плотных опаловидных, аморфных воскоподобных агрегатов, а также чешуйчатых, волокнистых тонкозернистых масс натечной формы и в виде желваков.

Глины способны приобретать во влажном состоянии пластичность или подобие геля. После высыхания они сохраняют полученную форму и представляют собой плотные, каменистые землистые массы с шероховатой либо гладкой, блестящей поверхностью. Цвет белый или серовато-белый, однако за счет примесей других веществ и минералов окраска глин может быть различной. Чаще всего преобладают красные или бурые тона, обусловленные присутствием оксидов и гидрооксидов железа. Излом неровный, часто с матовым блеском. Спайность весьма совершенная или хорошая, но различима лишь под микроскопом. Твердость низкая, близка к 1, реже 2-2,5. Плотность растет с увеличением содержания железа и уменьшается с повышением содержания воды (1,8-1,9-3,0 г/см 3). Происхождение экзогенное, гипергенное (в зонах окисления рудных месторождений), редко эндогенное, низкотемпературное гидротермальное (гидрослюды и др.).

Глинистые вторичные минералы являются продуктом трансформации близких к ним по составу и структуре слоистых магматических силикатов.

При выветривании полевых шпатов (гранитов и близких к ним пород) образуются минералы группы каолинита; при выветривании железомагнезиальных силикатов (ультраосновных пород, вулканического стекла, туфов, пеплов) - монтмориллонит, нонтронит, сапонит. Продуктами разрушения гидрослюд и их гидратации являются вермикулит, гидрослюды и т.д.

Глинистые минералы, тампонирующие поры, в основном волокна илли-та (рис.3-14с), связаны по всему поровому пространству. Этот тип является основной причиной снижения проницаемости, поскольку тампонаж проще всего достигается в протоках, а также он снижает размер пор. Влияние на пористость меньше, поскольку микропористость сохраняется между очень тонкими волокнами.[ ...]

Глинистые минералы в шельфовых осадках имеют в основном обломочное происхождение, и их распределение частично отражает различия в источнике происхождения. Богатый монтмориллонитом осадок на севере происходит за счет обогащенных известью почв, тогда как каолинит-иллит-монтмориллонитовые глины юга отражают их происхождение из более щелочных почв. Распределение глин по шельфу также различно, на него влияет то, что монтмориллонит осаждается преимущественно в более глубоких, удаленных от берега водах. Иллит и каолинит концентрируется ближе к берегу , такие же соотношения обычно наблюдаются и в древних разрезах.[ ...]

Глинистые слоистые минералы могут тоже обратимо поглощать и отдавать оксигидрильные группировки. Кроме того, вследствие особого расположения этих группировок на поверхности глинистых частичек они обладают специфической подвижностью . Эти свойства отличают ОтН„-группировки глинистых минералов от адсорбированной воды и позволили выделить их в самостоятельную группу - «межслоевая вода».[ ...]

Глинистые минералы группы гидрослюд и монтмориллонита обладают важной способностью аккумулировать химические элементы, необходимые для развития травянистых растений. Поэтому в условиях северных лесов породы, богатые этими минералами, более благоприятны для образования дерново-подзо-листых почв, чем породы, лишенные гипергенных силикатов, на которых формируются подзолистые почвы. Переполнение почвообразующей породы обломочным кварцем создает условия дефицита элементов питания для растений. Это справедливо также для редких и рассеянных химических элементов. Достаточно вспомнить явление нехватки меди и некоторых других рассеянных элементов в выщелоченных почвах, сформированных на водно-ледниковых и древнеаллювиальных песчаных отложениях.[ ...]

Глинистые минералы способны сорбировать такие содержащиеся в сточных водах неионные водорастворимые вещества, как полимеры типа поливинилового спирта (ПВС) и поливинил пирролидона (ПВП). Эти вещества имеют широкое применение в разных отраслях промышленности (в частности, текстильной и др.). Молекулы этих полимерных веществ практически не поддаются биологическому разложению. Смектиты, в том числе монтмориллонит, иллиты и другие глинистые минералы, способны активно сорбировать ПВС и ПВП различного молекулярного веса из водных растворов (рис. 2.3.5).[ ...]

Глинистые минералы активно сорбируют пестициды и другие низкомолекулярные органические загрязнители. Механизм сорбции и ее интенсивность зависят от химического строения молекул и водных молекулярных комплексов пестицидов, в частности наличия у них ионогенных и неионогенных групп. Наиболее активно сорбируются ионогенные (катионные) пестициды и другие низкомолекулярные органические загрязнители. Однако есть данные о том, что монтмориллонит способен сорбировать неионные пестициды по ионообменному механизму. На величину сорбции пестицидов глинистыми минералами большое влияние оказывает pH порового раствора (рис. 2.3.8).[ ...]

Глинистые минералы, покрывающие поры (в сущности, иллит, хлорит и монтмориллонит), образуют на стенках пор тонкий слой чешуек, параллельных или перпендикулярных стенке поры (рис.3-14Ь), но рост не распространяется далеко в поровое пространство. Между чешуйками может присутствовать значительная микропористость, хотя диаметр пор меньше 1 цм. Этот тип аутиген-ных глинистых минералов существенно снижает проницаемость, а также влияет на многие электрические свойства породы, поскольку может сильно увеличивать площадь поверхности.[ ...]

Глинистые минералы являются вторичными алюмосиликатами с общей химической формулой «5Ю2А1203-тН20 и характерным молярным отношением БЮ2: А1203, изменяющимся от 2 до 5.[ ...]

Запасы глинистых минералов в СССР практически неисчерпаемы. В частности, поданным М. С. Мерабишвили и Г. А. Мачабели на территории Советского Союза известно уже около 400 месторождений и проявлений бентонитовых глин. Если учесть дешевизну природных сорбентов, а это играет большую роль при включении того или другого реагента в технологическую схему очистки воды, то можно считать, что высокодисперсные минералы рационально использовать в качестве добавки перед введением коагулянтов с целью более полного удаления из воды болезнетворных микроорганизмов.[ ...]

Алевритовые и алевритово-глинистые илы вытеснены на периферию апвеллинговых зон и распространены либо во внешней части шельфа, либо в нижней половине материкового склона. Так, мелкоалевритовые илы встречаются на отдельных участках во внешней части перуанского шельфа (7-10° ю. ш.). Они на 80% сложены зернами кварца, остальное приходится на обломки метаморфических пород (10 %), плагиоклазы (1 %) и калиевые полевые шпаты (7 %). Алевритово-глинистые илы состоят из агрегатов глинистых минералов с низким цветом интерференционной окраски и неупорядоченной текстурой. Характерно обилие тонких слюдистых чешуек и пластинок роговой обманки, а в районах современного вулканизма (окраина Перу) также вулканического стекла.[ ...]

Отрицательный заряд у кристаллических глинистых минералов не зависит от pH. Коллоиды, несущие только отрицательный заряд, называют ацидоидами, а несущие только положительный заряд - базой дам и.[ ...]

Оглинение - процесс образования вторичных глинистых минералов. Может осуществляться в результате непосредственного превращения на месте первичных минералов во вторичные под влиянием биохимических и химических агентов, а также в результате процессов вторичного синтеза из продуктов минерализации органических остатков. Оглинению способствуют достаточное увлажнение профиля в условиях продолжительного периода с положительными температурами, а также интенсивно протекающие процессы биологического круговорота веществ. В развитии процессов оглинения в почвенном профиле важное значение имеет участие микроорганизмов и продуктов жизнедеятельности и разложения высших растений. Оглинение происходит в средней части профиля, где отмечается наиболее устойчивое и благоприятное для глинного выветривания состояние теплового и водного режимов. На каменисто-хрящеватых породах оглинение наблюдается с поверхности. При оглинении в почвенном профиле накапливаются ил, железо, алюминий, марганец, фосфор, магний, кальций и другие элементы.[ ...]

Типичный аэрозоль пустынь на 75 % состоит из глинистых минералов (35% монтмориллонита и по 20% каолинита и иллита), 10 % составляет кальцит, и по 5 % - кварц, нитрат калия и соединения железа лимонит, гематит и магнетит с примесью некоторых органических веществ. Согласно строке 1а табл. 7.1, годичная продукция минеральной пыли варьирует в широких пределах (0,12-2,00 Гт). С высотой концентрация уменьшается, так что минеральная пыль наблюдается преимущественно в нижней половине тропосферы до высот 3-5 км, а над районами пыльных бурь - иногда до 5-7 км. В распределении частиц минеральной пыли по размерам обычно имеются два максимума в диапазонах крупнодисперсной (преимущественно силикатной) фракции г=1... 10 мкм, существенно влияющей на перенос теплового излучения, и субмикронной фракции r[ ...]

При этом в зависимости от составов рассолов и глинистых минералов резко меняются фильтрационные свойства глин и суглинков. При фильтрации хлоридных натриевых растворов изменения фильтрационных свойств песчано-глинистых отложений по (¿равнению с пресными водами значительно большие (до 5-10 раз), чем при фильтрации хлоридных кальциевых растворов (1,5-2 раза). Особенно резко увеличивается проницаемость монтмориллонитовых глин (в 10 раз и более) и, в меньшей степени, каолинитовых. Кроме того, и температура фильтрующейся воды влияет на проницаемость глин. Рост температуры от 20°С до 30°С увеличивает проницаемость монтмориллонитовых глин в 10, иногда в 100 раз [Гольдберг, Скворцов, 1986]. В целом в зависимости от состава глинистых минералов проницаемость их в интервале температур 20-90°С увеличивается на порядок и больше.[ ...]

Сорбционные свойства минеральной части почв обусловлены глинистой фракцией, представленной смесью различных глинистых минералов: слоистые алюмосиликаты, оксиды и гидроксиды различных элементов. Способность глинистых минералов стехиометрически связывать катионы металлов, обменивая их на другие катионы, называют емкостью катионного обмена.[ ...]

В шлифах выделяют скелет и плазму почвы. Скелет состоит из минералов крупнее 2 мкм - в основном это различные первичные минералы почвы, плазма представлена тонкими частицами менее 2 мкм в диаметре. Она состоит из глинистых минералов, вторичных несиликатных оксидов железа и алюминия, гумуса и в зависимости от состава делится на глинистую, гумусно-глинистую, карбонатно-глинистую, железисто-глинистую. В шлифах хорошо заметны характер пористости, агрегироваиности и различные новообразования, свидетельствующие о характере почвообразовательного процесса.[ ...]

Как было ¡показано выше, .при неизменном значении pH адсорбционная способность глинистых минералов снижается в последовательности монтмориллонит- -иллит->-каолинит. В почвах с нейтральной (pH 7) или щелочной (pH 7-10) реакцией между частицами почвы и гербицидом действуют только слабые Ван-дер-Ваальсовы силы. При этих условиях возможна только молекулярная адсорбция. В кислой же среде начинают проявляться силы электростатического взаимодействия, и вследствие этого в кислых почвах на так называемых Н-глинных минералах адсорбция идет гораздо сильнее. Величина адсорбции зависит от количества обменных ионов водорода (или одновалентных катионов) в почве. В нейтральной и особенно в щелочной среде (pH выше 7), например в кальциевых глинных минералах, гербициды адсорбируются гораздо слабее. Добавление в такие почвы кислых минеральных удобрений приводит к усилению, а извести - к ослаблению их адсорбционной способности.[ ...]

Изучение использования адсорбционных и адгезионных свойств высокодисперсных глинистых минералов и ионообменной способности полимерных материалов для обеззараживания воды си стематически не проводятся. Однако данные классификации очистки воды, как и их экспериментальная проверка , указывают на то, что подобные исследования позволят усовершенствовать методы водоочистки, а применение названных выше материалов окажется одним из наиболее реальных путей в разрешении проблемы обеззараживания воды даже от наиболее устойчивых форм возбудителей различных заболеваний, и особенно вирусов.[ ...]

Применение для обеззараживания воды обладающих адсорбционными свойствами высокодисперсных добавок глинистых минералов следует считать необходимым мероприятием в тех случаях, когда обычные методы обеззараживания недостаточно эффективны. Поскольку при повышенной мутности воды болезнетворные агенты в известной степени защищены от разрушающего действия излучений, окислителей или ионов тяжелых металлов, последующее обеззараживание воды требует глубокого ее осветления. Иллюстрацией к сказанному могут служить данные Хадсона . Он установил, что уровень заболеваемости инфекционным гепатитом в городах США находился в связи с мутностью подаваемой населению воды и количеством бактерий в ней. При мутности воды 0,15 мг/л заболеваемость была равна 3, при 0,3 мг/л - 31 и при 1 мг/л - 130 человек на каждые 100 тыс.[ ...]

Железные руды. Большинство работ по селективной флокуляции посвящены отделению оксидов железа от кварца и глинистых минералов в процессе обогащения железных руд.[ ...]

В зависимости от типа минерала образуются пакеты из двух или трех елоев или листов. Кристаллическая решетка минералов состоит из множества таких пакетов. Между ними имеются свободные межпакетные пространства. Различают два основных типа, строения кристаллической решетки глинистых минералов.[ ...]

Песчаные и супесчаные почвы состоят из кварца и полевых шпатов, суглинистые - из смеси первичных и вторичных минералов, а глинистые - преимущественно из вторичных глинистых минералов с примесью кварца. От механического состава почвы зависят многие важные физические, физикохимические и химические ее свойства. Содержание в почвах железа, кальция, магния, калия, натрия и других элементов питания, которые входят только в минеральную часть почвы, а в некоторой степени также фосфора, находящегося и в минеральной и в органической части почвы, определяется главным образом их механическим составом. Более тяжелые глинистые и суглинистые почвы богаче элементами питания, чем легкие песчаные и супесчаные почвы.[ ...]

Из предыдущих замечаний очевидно, что знание типа распределения (чешуйчатое, структурное или дисперсное) и природы глинистых минералов весьма существенно для прогнозирования пределов изменения проницаемости и существования и распределения барьеров проницаемости.[ ...]

Термический метод закрепления микроколичеств радиоактивных изотопов в силикатных материалах основан на свойстве глинистых минералов терять свои ионообменные свойства по мере повышения температуры. В бентонитовых глинах относительно надежный эффект был достигнут при 1000 °С. Фиксация может проводиться также в карбонатных породах .[ ...]

Имея в обменном состоянии целый ряд элементов, которые вследствие своей слабой связи с кристаллической решеткой легко усваиваются растениями, глинистые минералы типа монтмориллонита в то же время являются и регулятором почвенного раствора не только с точки зрения его концентрации, но и разнообразия солевого состава.[ ...]

В качестве материалов, обеспечивающих необходимый эффект адгезии, нами были исследованы природные дисперсные алюмосиликаты - каолин, бентониты, палыгорскит и другие глинистые минералы (табл. 47). В результате проведенных опытов оказалось, что максимальной сорбирующей способностью по отношению к бактериям коли обладают палыгорскит и вермикулит, суспензия которых в концентрациях 200-500 мг/л полностью осаждает взвешенные в воде бактерии (до 300 000 особ/л).[ ...]

Гу мины почвенного гумуса, согласно современным исследованиям, представляют гуминовые кислоты более упрощенного строения, которые прочно связаны с минеральной частью почвы, с частицами глинистых минералов монтмориллонитовой группы. Этим объясняют более высокую устойчивость гуминов к действию кислот и щелочей. Азот этой фракции гумуса составляет 20-30 % общего азота почвы и является наиболее прочно связанным и устойчивым к разложению микроорганизмами.[ ...]

Кроме того, поглощение катионов тяжелых металлов происходит путем изоморфных замещений и закрепления в решетке. Так, А11+ решетки монтмориллонита может замещаться на Ре +, Ме2+, №2+, 2гн, Си2+, Со2+, в вермикулите - на М§2+, Ре2+, Ре3+, Сг3+, V . Глинистые минералы способны поглощать и анионы (молибдат-ион, например), преимущественно благодаря присутствию свободных положительных зарядов в ионогенном слое кристаллической решетки.[ ...]

В геохимическом плане 137Сз может рассматриваться в качестве аналога калия. В природе единственный стабильный изотоп цезия (его кларк в земной коре равен 6,5 10 4 %) за счет изова-лентного изоморфизма входит в состав кристаллической решетки минералов калия - слюд и полевых шпатов. Радиоцезий может прочно связываться с твердой фазой почв, внедряясь в меж-пакетное пространство глинистых минералов. Фиксированные в них ионы цезия в существенно меньшей степени переходят в почвенный раствор. По данным Гориной (1976), в серых лесных, луговых почвах и в черноземе 37Сэ распределяется между обменной (9-15%), необменной кислоторастворимой (4-6%) и фиксированной (81-85%) формами. В легких супесчаных почвах доля фиксированных форм снижается до 60 % и увеличивается содержание обменной (28 %) и кислоторастворимой (12 %) форм. Считается, что роль органического вещества в сорбции 137Сз невелика.[ ...]

По периферии бухты, особенно вдоль западного побережья, формируются на дне песчано-ракушечные отложения. У берега до изобаты 5 м обнажаются твердые коренные породы, представленные в основном мергелями, доломитами и аргиллитами. Известно, что глинистые минералы характеризуются сорбционными свойствами. Наличие метаморфизованного органического вещества и гуминовых кислот в глинистых отложениях резко повышает аккумулятивные свойства последних по отношению к металлам - меди, свинцу, цинку, кадмию, никелю - и ядовитому неметаллу мышьяку. Участки дна с черными илами являются «ловушками» для тяжелых металлов-токсикантов. Эти зоны также благоприятны для отложения материала, поступающего в бухту со стоками небольших речек, ливневок, канализационных стоков и через гирло бухты. Этому процессу способствует гидродинамика в бухте, особенно во время действия ветров южных румбов, когда в центре циклонических водоворотов отмечаются относительно низкие скорости течений по сравнению с периферической зоной. Благодаря этому мы отмечаем обширные максимумы тяжелых металлов (Си - до 72,4 мг/кг, Zn - до 77,0 мг/кг, РЬ - до 46,4 мг/кг, Cd - до 12,0 ■ 10 2 мг/кг) в центральной части в основном восточной половины бухты. Области повышенных содержаний металлов (Cu, Cd, Zn, РЬ) приурочены к участкам загрязнения осадков нефтепродуктами (НП). Наибольшая загрязненность морской воды НП отмечена на курсе движения судов к пассажирскому причалу, в районе пассажирского причала, на рейде судов. В осадках бухты отмечены три области загрязнения НП: пассажирский и грузовой причалы, устье р. Су-Аран, центр бухты. Нефтяные загрязнения также накапливаются в тонкодисперсных илистых осадках в центре бухты. По классификации осадки относятся к чистым грунтам (содержание НП до 100 мг/кг). Основные источники загрязнения НП - морской грузовой и пассажирский транспорт, городские ливневые стоки. Изучено распределение техногенных органических веществ в морской среде бухты (ПАУ, фенолы, СПАВ и хлорорганичес-кие пестициды). Результаты наблюдений показали, что концентрации органических веществ наблюдаются на уровне фоновых.[ ...]

Минералогический состав дерново-подзолистых почв разнообразен и зависит главным образом от механического состава и свойств почвообразующих пород. В крупных фракциях механических элементов встречаются кварц, полевые шпаты, слюды и другие первичные минералы. По Н. И. Горбунову, в илистой (меньше 0,001 мм) фракции почв, образовавшихся на моренных и покровных суглинках, наиболее характерными высокодисперсными минералами являются гидрослюды, вермикулит, минералы монтмориллонитовой группы, несиликатные аморфные полуторные окислы. Иногда присутствует небольшая примесь каолинита, кварца, редко гетита, гиббсита. При этом высокодисперсных глинистых минералов и полуторных окислов обычно меньше в подзолистом горизонте и больше в иллювиальном. В почвах, сформировавшихся на массивно-кристаллических или хорошо дренируемых осадочных породах, преобладают гидрослюды, вермикулит, каолинит, минералы монтмориллонитовой группы, хлориты. Из сопутствующих минералов встречаются аморфные пол утор аокиси, кварц.[ ...]

Аммонификация - процесс разложения органических веществ, протекающий с участием специфических аммонифицирующих микроорганизмов и ведущий к образованию N113 или ЫН Ион аммония может быть выщелочен или поглощен в почвенном комплексе или необменно фиксирован трехслойными глинистыми минералами с расширяющейся решеткой. Содержание фиксированного аммония в почвах меняется от 1-2 до 10-12 ммоль/100 г почвы. Аммонификация - первая стадия минерализации азотсодержащих органических соединений.[ ...]

Одной из самых важных причин адсорбции полимера на взвешенных частицах является образование химических валентных связей при адсорбции полимеров. Указывается на возможность образования таких связей при реакции карбоксильных групп полиакрилатов ц гидролизованного полиакриламида с глинистыми минералами, содержащими кальций поверхностных кальциевых солей. Прочные химические соединения образует крахмал, содержащий эфиры фосфорной кислоты в присутствии катионов Са, Ag и 2п. Наконец, к этому же типу реакции относится необратимое замещение ионообменных катионов глинистых минералов на органические амины: хлористый дециламин, гексадецилоксиметилпи-ридийхлорид и др. Нами показано, что подобное замещение происходит при флокуляции глинистых суспензий (иллита, гумбри-на, каолинита и бентонита) катионными флокулянтами В А-2 и ВА-3, в молекуле которых имеются группы четвертичных аммониевых оснований.[ ...]

Эффективным способом борьбы с радиоактивным загрязнением является закрепление радионуклидов органическим веществом с образованием нерастворимых комплексов (хелатов). В большинстве почв повышение pH, количества обменного калия и кальция способствует сорбции радионуклидов (например, стронция). Глинистые минералы хорошо фиксируют такие радионуклиды, как стронций, цезий.[ ...]

Илистые фракции ([ ...]

Обменное поглощение (сорбция) анионов выражено у кислых почв, богатых коллоидными формами полутораоксидов или другими, например органическими, амфолитоидами. В таких почвах предполагается наличие положительно заряженных поверхностей. В. М. Клеч-ковский и Н. В. Каширкина показали возможность обратимого обмена гидроксилов некоторых глинистых минералов на фосфат-ионы. На почвах, богатых полутораок-сидами, экспериментально показана возможность протекания наряду с процессами катионного обмена обменного поглощения анионов С1 , N0 , БО - и др. Однако для многих поливалентных анионов экспериментальное исследование обменной сорбции затруднено вследствие одновременно протекающего химического необменного поглощения этих ионов.[ ...]

Преобладающими климатическими фактора- 1 ми, контролирующими тип осадка на шельфе, являются температура и атмосферные осадки (рис. 9.5). Наиболее существенные изменения в этих параметрах совпадают с наиболее заметными широтными вариациями характера шельфовых осадков . В полярном климате, например, иловые отложения содержат немного глинистых минералов, характерным компонентом глинистой фракции является хлорит, к наземным ледникам примыкают обширные отложения гравия. В дождливом тропическом климате, однако, обильные илы содержат большую долю глинистых минералов; вблизи небольших рек часто обилен каолин, в крупнозернистых осадках преобладает кварц. В жарком сухом климате могут преобладать принесенные ветром песок и алеврит. В наиболее умеренном климате нельзя выделить отчетливые типы осадков.[ ...]

Важнейшими неспецифическими азотсодержащими веществами, которые обнаруживаются в почвах в свободном состоянии, являются белки. Кроме белков, в почвах присутствуют аминокислоты, аминосахара, нуклеиновые кислоты, хлорофилл, амины. Большая часть этих азотсодержащих веществ, которая не входит в состав гумусовых веществ, адсорбирована по поверхности глинистых минералов или образует нерастворимые соединения с минеральными компонентами почв. Под влиянием ферментативной деятельности микроорганизмов белки расщепляются на менее сложные компоненты, легко гумифицируются и минерализуются.[ ...]

Таким образом в апте в Центральной Атлантике появились окраины, по своему облику и фациальному спектру осадков близкие к современным окраинам пенепленизированных областей кра-тонов. Такие же окраины возникли по периферии южно-атлантической впадины (современные Аргентинская и Капская котловины). В нижних горизонтах, вскрытых этими скважинами, преобладают иллит (30 50 %) и каолинит (20-45 %) с примесью хлорита и смешаннослойных образований (в составе последних доминирует вермикулитовая фаза). В отложениях раннеаптского возраста фиксируется та же ассоциация. Однако вверх по разрезу в ней постепенно увеличивается содержание монтмориллонита (от 5 до 85 %). Интересно, что в качестве примеси в этих же слоях находится палыгорскит. Подобная смена минералов по разрезу может указывать на тектоническую активизацию, захватившую переходные зоны в первую половину раннего мела, с последующей нивелировкой рельефа и образованием обширных прибрежных равнин, в глубине которых располагались остаточные поднятия с формировавшимися на них корами выветривания. Таким образом, изучение глинистых минералов в осадках пассивных окраин позволяет реконструировать не только климат прошлого, но и тектоническое состояние того или иного их участка.[ ...]

С ростом температуры повышается растворимость УВ. Но роль температуры проявляется не только в повышении растворимости УВ, но и в снижении адсорбционной емкости пород. Так, по данным У. М. Дау, при повышении температуры от 32 до 38° С адсорбционная емкость адсорбентов для УВ С2 - С6 снижается на 25%. Адсорбционная емкость пород уменьшается и в результате перестройки глинистых минералов: адсорбционная емкость гидрослюд снижается в 3-4 раза по сравнению с адсорбционной емкостью монтмориллонита.[ ...]

Сумма обменных оснований высокая - до 50 мг-экв, причем обменный магний составляет 25-50% от суммы и его содержание увеличивается с глубиной. Обменного натрия обычно мало - до 5% от суммы. По содержанию гумуса в верхнем горизонте (3-8%) темные слитые почвы близки к чернозёмам, С гк/С фк равно 1,5-2. Среди гуминовых кислот относительно повышено содержание фракции, связанной с глинистыми минералами и устойчивыми полуторными оксидами. В верхних слоях возможно повышенное содержание бурых гуминовых кислот.[ ...]

Тяжелые металлы в почве претерпевают различные трансформации: закрепление гумусовым веществом, которое осуществляется в результате образования ТМ солей с органическими кислотами, адсорбции ионов на поверхности коллоидных систем или закомп-лексовывания их гумусовыми кислотами. Некоторая часть ионов ТМ адсорбируется на поверхности минеральных частиц. Возможно также их проникновение в межплоскостное пространство глинистых минералов или изоморфное замещение ионов других элементов в кристаллической решетке.[ ...]

Подвижность молибдена в почвах, его доступность растениям и эффективность молибденовых удобрений определяются рядом факторов, важнейшим из которых является реакция среды. Щелочная реакция способствует усилению подвижности молибдена, в то же время в кислой среде происходит переход его в менее подвижные и труднодоступные для растений соединения. На кислых почвах молибден связан с железом, алюминием, марганцем, а также глинистыми минералами почв. При нейтрализации кислой среды, что достигается известкованием, молибден переходит в более усвояемые растениями формы. Причем, чем меньше подвижного молибдена содержится в почвах, тем выше эффективность молибденовых удобрений.[ ...]

При СВЧ-нагреве происходит существенное преобразование химико-минерального состава грунтов . Так, в диапазоне температур 100-300 °С происходит дегидратация грунта с потерей не только свободной, но и связанной воды. Одновременно развивается усадка грунта, увеличивается доля конденсационных структурных связей. При температуре 350-600 °С происходят сгорание органики и деструкция низкотемпературных загрязнителей, окисляются сульфиды (350-500 °С). В диапазоне 450-800 °С удаляются гидроксильные группы из глинистых минералов и загрязнителей с ОН-группами. Одновременно в грунтах формируются необратимые фазовые контакты, доля которых в грунте увеличивается с ростом температуры. В диапазоне 400-900 °С происходит диссоциация карбонатов с образованием оксидов (СаО), обладающих гидравлическими вяжущими свойствами и повышающими pH грунта. При температуре более 1000 °С происходят плавление и формирование высокотемпературных минеральных фаз в грунте.[ ...]

В каждое данное время только небольшой участок конуса получает осадок. В других местах, на участках, лишенных осадков, протекают постседиментационные процессы, которые могут длиться сотни лет и существенно преобразовывать черты собственно осадочного происхождения . Основными постседиментационными агентами являются выветривание, сток атмосферных осадков и ветер. Химически неустойчивые обломки продолжают разрушаться, и продукты этого процесса смываются либо в подстилающие отложения, либо по поверхности конуса выноса в пределы более дистальных обстановок. Часть мелкозернистого материала, по-видимому, может перемещаться путем ветровой дефляции, при этом пески ветрового надува будут аккумулироваться в форме дюн, чаще всего в нижних частях поверхности конуса выноса. Атмосферные осадки приводят к образованию промоин и оврагов, а на участках между ними формируется «пустынная мостовая» из тесно прижатых друг к другу угловатых обломков, часто покрытых пустынным загаром. Такие «мостовые» предохраняют поверхность конуса выноса от дальнейшей дефляции, и крупные обломки обычно залегают на слое алеврита. В семиаридной обстановке осадки конусов выноса часто окрашены в красный цвет, так как при выветривании ферромагнезиальные минералы и биотит распадаются с образованием гематита и глинистых минералов . Такие преобразования занимают тысячелетия и облегчаются чередованием периодов увлажнения и высыхания.

Слагающих основную массу глинистых отложений и большей части почв и определяющих их физико-химические, механические и др. свойства.

Глинистые минералы являются продуктом выветривания преимущественно алюмосиликатов и силикатов магматических и метаморфических горных пород на дневной поверхности. В процессе выветривания глинистые минералы испытывают стадийные преобразования структуры и химического состава в зависимости от изменения физико-химических условий среды выветривания и седиментации. Размеры частиц глинистых минералов в глинах большей частью не превышают 0,01 мм. По кристаллической структуре глинистые минералы относятся к слоистым или псевдослоистым силикатам.

Высокая удельная поверхность, изоморфные замещения , обилие сколов кристаллической решётки и нескомпенсированных зарядов придаёт глинистым минералам катионнообменную способность . Также они способны химически связывать воду.

В состав минералов входят слои, состоящие из кремнекислородных тетраэдров и алюмогидроксильных октаэдров, эти слои объединяются в элементарные пакеты, совокупность которых формирует частицу минерала. По набору слоёв в пакете различают несколько групп глинистых минералов:

• Группа каолинита (каолинит, галлуазит) c пакетом, состоящим из одного слоя октаэдров и одного слоя тетраэдров. Пакеты прочно связаны между собой и плотно прилегают друг к другу, в результате чего молекулы воды и катионы металлов не могут входить в межпакетное пространство и минерал не набухает в воде, а также обладает низкой ёмкостью катионного обмена (ЕКО).
• Группа монтмориллонита или группа смектита (монтмориллонит, нонтронит, бейделит и др.) с трёхслойным пакетом вида тетраэдр-октаэдр-тетраэдр. Связь между пакетами слаба, туда проникает вода, из-за чего минерал сильно набухает. Отличается высокой ЕКО (до 80-120 мг-экв на 100 г.).
• Группа гидрослюд (гидробиотит, гидромусковит и др.) также с трёхслойным пакетом, но сильной связью между ними. Практически не поглощают воду и не набухают в ней. Отличаются высоким содержанием калия , поскольку его ионный радиус позволяет ему входить в пустоты структуры минерала.
• Группа хлорита с четырёхслойной набухающей структурой.
• Группа смешаннослойных минералов с чередованием пакетов различных типов. Носят названия вида иллит-монтмориллонит, вермикулит-хлорит и т. п., свойства сильно варьируют.

Литература

• Гинзбург И. И., Рукавишникова И. А., Минералы древней коры выветривания Урала, М., 1951;
• Рентгеновские методы изучения и структура глинистых минералов, пер. с англ., М., 1965.

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Серицит
• Серпентин

Смотреть что такое "Глинистые минералы" в других словарях:

Глинистые минералы - водные силикаты и алюмосиликаты гл. обр. А1 и Mg, а также Cu, Fe, K, Na; иногда в них присутствуют Cr, Zn, Li, Ni и др. элементы. Различают Г. м., состоящие: а) из двухэтажных силикатных слоев (гр. каолинита), б) из трехэтажных силикатных слоев… … Геологическая энциклопедия

глинистые минералы - molio mineralai statusas T sritis chemija apibrėžtis Al, Mg, Cu, Fe, K, Na hidrosilikatai ir aliumosilikatai. atitikmenys: angl. clay minerals rus. глинистые минералы … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Глинистые минералы - группа водных силикатов, слагающих основную массу глин и определяющих их физико химические, механические и др. свойства. Г. м. являются продуктом выветривания преимущественно алюмосиликатов и силикатов магматических и метаморфических… …

ГЛИНИСТЫЕ МИНЕРАЛЫ - вторичные водные силикаты, алюмосиликаты и ферросиликаты, а также простые окислы и гидраты окислов кремния, железа и алюминия, слагающие основную массу глин, аргиллитов и тонких (< 0,005 мм) фракций некоторых других осадочных пород. Наиболее… … Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии

ГЛИНИСТЫЕ МИНЕРАЛЫ - – водные силикаты, главным образом алюминия и магния, а также железа, калия, натрия. Слагают основную часть осадочных глинистых пород, кор выветривания, почв, составляют дисперсную часть ряда обломочных, карбонатных и других горных пород и… … Палеомагнитология, петромагнитология и геология. Словарь-справочник.

МИНЕРАЛЫ И МИНЕРАЛОГИЯ - Минералы твердые природные образования, входящие в состав горных пород Земли, Луны и некоторых других планет, а также метеоритов и астероидов. Минералы, как правило, довольно однородные кристаллические вещества с упорядоченной внутренней… … Энциклопедия Кольера

Глинистые частицы - – содержащиеся в песке частицы с размерами менее 0,002 мм. [ГОСТ 32708 2014] Рубрика термина: Песок Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги, Автотехника …

Глинистые, пылевидные и илистые примеси в песках - – присутствие в строительном песке глинистых и илистых примесей (частиц крупностью до 0,05 мм) может повлиять на прочность сцепления раствора с основанием, на когезионную прочность раствора, его усадочные деформации трещиностойкость и… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Минералы глинистые - М., имеющие слоистую или слоисто цепочечную структуру, класса водных силикатов и алюмосиликатов. Размер их кристаллитов по большей части не превышает 0,001 мм. К М.г. относятся минералы групп слюд гидрослюд, хлоритов, вермикулитов, палыгорскитов … Толковый словарь по почвоведению

Гипергенные минералы - минералы, возникающие в зоне гипергенеза, т. е. в самой поверхностной части земной коры, при низких значениях температур и давлений (см. Гипергенные процессы). Для Г. м. характерны гидратация (вхождение в кристаллическую решётку… … Большая советская энциклопедия

Книги

• Память почв. Почва как память биосферно-геосферно-антропосферных взаимодействий , . В настоящем издания почва и педосфера Земли рассматриваемся как память биосферно-геосферно-антропосферных взаимодействий. Впервые в монографической форме излагаются теоретические основы и…

Рассматривая термин «глины» с точки зрения седиментации, его в первую очередь связывают с понятием размера частиц, однако, с химической и минералогической точки зрения, под «глинами» понимают определенные глинистые минералы. Эти глинистые минералы представляют собой кристаллические образования со слоистой структурой, состоящие из слоя кремнезема и глинозема. К глинистым минералам относятся смектит, иллит, хлорит и каолинит. Они присутствуют в породе в виде мелких кристаллических частиц, размер которых позволяет отнести их к категории глинистых частиц. Анализ типа глинистых минералов, присутствующих в сланцевых глинах, проводится с помощью метода дифракции рентгеновских лучей.

Глинистые минералы абсорбируют на своих поверхностях воду и катионы. Как было указано ранее, глинистые минералы имеют мелкий размер частиц и слоистую структуру, что обеспечивает большую удельную площадь поверхности (т.е. площадь поверхности на грамм материала). Иллит, хлорит и каолинит представляют собой мелкие кристаллы, адсорбирующие на своих внешних поверхностях воду и катионы. Способность смектита адсорбировать воду гораздо выше, чем у других глинистых минералов, поскольку вода и катионы адсорбируются не только на внешних поверхностях его частиц, но и между слоями кристаллической структуры смектита.

Способность адсорбировать воду, способность глин обменивать катионы и удельная площадь поверхности глин - связанные между собой явления, которые иногда называют коллигативными свойствами глин. Эти свойства определяют степень активности глин, однако, поскольку такой параметр, как катионообменная емкость (КОЕ), очень просто измерить, он является практическим методом определения активности глин. КОЕ сухих глин измеряется методом титрования метиленового синего. Стандартной единицей измерения катионообменной емкости является миллиэквивалент на 100 г сухой глины. При замере КОЕ используется раствор метиленового синего 0,01 N, отсюда количество миллилитров раствора метиленового синего, необходимое для достижения конечной точки титрования, равно миллиэкв./100 г.

Ниже приведен диапазон значений КОЕ для различных глинистых материалов:

Очевидно, что смектит, по сравнению с другими глинистыми минералами, представляет собой наиболее активный/реакционноспособный минерал. Глинистые породы, содержащие смектит, гораздо более восприимчивы к воде, и в наибольшей степени подвержены гидратации. Сланцевые глины, в состав которых входят другие глинистые минералы, гидратируют в меньшей степени, однако, они тоже могут быть водочувствительными. Объем глинистых минералов, входящих в состав сланцевых глин, варьируется. Реакционная способность глинистых пород зависит от типа и объема глинистых минералов, присутствующих в породе. Часто для замера активности сланцевых глин вместо метода дифракции рентгеновских лучей лучше использовать КОЕ.

Иллит и смектит имеют схожую кристаллическую структуру. Она представляет собой чередующиеся трехслойные образования, где между двумя прослоями кремнезема находится слой алюминия. Отличительной особенностью смектита является то, что указанные трехслойные образования перемежаются слоями адсорбированных ионов и воды. Структура иллита отличается наличиемионов калия между указанными трехслойными образованиями и отсутствием воды. К тому же, в слоях кремнезема, присутствующих в иллите, произошло значительное замещение атомов кремния атомами алюминия, в смектите подобного не произошло. Атомы калия в иллитовой структуре не являются обменными ионами, они представляют собой фиксированную часть кристаллической структуры; обменными являются только те ионы, которые расположены на внешних поверхностях иллита. В смектите, ионы между слоями являются катионнообменными и представлены натрием, кальцием, магнием и калием (обратите внимание, что ионообменный калий в смектите не такой же, как в иллите).

Как уже отмечалось ранее, при обсуждении диагенеза, смектитовые и иллитовые глины чаще всего бывают представлены как смешанослойные минералы. В минералах подобного типа некоторые слои содержат обменные ионы и воду, тогда как другие «крепко связаны» атомами калия, находящимися между слоями. Смектиты и иллиты присутствующие в шельфовых отложениях и осадочных породах, в основном залегают в виде смешанослойных глин. Многие бурильщики с большим стажем, и некоторые другие категории специалистов, непосредственно занимающиеся бурением, вместо термина смектит используют монтмориллонит или бентонит, подразумевая под этим глины, содержащие воду внутри слоистой структуры. Такая ситуация объясняется тем, что специалисты, изучающие глины, в течение многих лет разрабатывали номенклатуру глинистых материалов. В настоящее время процесс уточнения терминологии продолжается, так как обнаруживаются новые детали, касающиеся природы глинистых материалов. Для более подробной характеристики того или иного глинистого материала предлагаются следующие определения:
Смектит - группа глинистых минералов, имеющих трехслойную структуру, и содержащих воду между слоями алюмосиликата. В данную группу минералов входят монтмориллонит, гекторит, сапонит, нонтронит и ряд других минералов.
Иллит - особый глинистый минерал, структура которого схожа со структурой смектита, однако между двумя слоями алюмосиликата отсутствует слой воды. Специалисты еще не определили иллит в отдельную группу минералов, однако над этим ведется работа.
Монтмориллонит - широко распространенный минерал, относящийся к смектитовой группе минералов. Большинство смектитовых глин, залегающих в Мексиканском заливе в зоне США, являются монтмориллонитом. В других осадочных бассейнах могут быть другие отложения.
Бентонит с точки зрения геологии - это отложения измененного вулканического пепла. В промышленном использовании, под термином бентонит подразумевается монтмориллонит натрия, добываемый и используемый в качестве добавки к буровым раствором. Бентонитовая глина, добываемая в Вайоминге, извлекается из бентонитового пласта, тогда как в других районах эта глина может добываться и из других типов геологических отложений.

Хлоритовые глины по активности схожи с иллитом. Хлориты относятся к группам особых глинистых минералов. Как правило, они содержат слой алюминия между двумя слоями кремнезема, а также слой оксида магния или железа. Вода между слоями отсутствует. Некоторые, сформировавшиеся в более ранние эпохи, глинистые породы, сильно измененные в результате диагенеза, в качестве глинистых составляющих содержат только хлорит и иллит. Большинство этих глин можно назвать относительно нереактивными, но некоторые из них могут гидратировать и осыпаться.

Каолинитовая глина менее активна, чем другие глинистые минералы. Базовую структуру каолинита составляют перемежающиеся слои кремнезема и алюминия. Размер кристаллов каолинита обычно превышает размер кристаллов смектита или иллита, они имеют меньшую удельную площадь, катионообменную емкость и обладают меньшей способностью адсорбировать воду. Каолинитовые глины могут диспергироваться в водных буровых растворах.

Тип глин, представленных в породе, анализируется с помощью метода дифракции рентгеновских лучей. Данный метод заключается в измерении расстояния между атомными плоскостями кристаллического вещества. В следующей таблице представлены величины толщины слоев в ангстремах (Å или 10-8 см) для наиболее распространенных видов глин:

Стоит напомнить, что расстояние между кристаллами в смектитовой глине зависит от типа ионов. Один из классических методов идентификации смектита в случае, если возникает сомнение относительно его присутствия, - обработать глины этиленгликолем, и посмотреть, увеличилось ли расстояние между плоскостями до 17 ангстрем.
Для получения более подробной информации о механизмах катионного обмена, а также набухания и дисперсии глин, см. главу