23.03.2018

Экспериментальное изучение процесса силификации брусита Mg(OH)2


При изучении процессов поверхностного выветривания неоднократно предпринимались попытки (как среди почвоведов, так и геологов) объяснить новообразование глинистых силикатов фиксацией тетраэдров кремнезема на уже существовавших октаэдрических слоях гидроокислов. Hапример, Гаррисон считал, что в результате этого процесса происходит образование каолинита за счет бокситов (процесс ресилификации гиббсита).

Мы решили проверить вероятность такой гипотезы с помощью эксперимента, в процессе которого образец брусита Mg(OH)2 подвергался продолжительному промыванию водой, содержащей мономерный кремнезем. Для этого 100 г микрокристаллического брусита (поверхность 10 м2/г) в патроне из целлюлозы было помещено в цилиндр экстрактора «Сокслет», конструкция которого была изменена таким образом, чтобы конденсационная вода перед соприкосновением с бруситом прошла через слой силикагеля. При фильтрации 3 л в день и температуре 65° С вода на контакте с бруситом содержала приблизительно 200 мг/л SiO2, т. е. была достаточно обогащена кремнеземом, оставаясь недосыщенной для данной температуры. Опыт продолжался непрерывно 140 дней. Изучение проб, взятых с поверхности образца в разные моменты проведения опыта, позволило установить, что на его поверхности удерживалось некоторое количество кремнезема. Однако детальное исследование можно было провести только после окончательной остановки прибора.
В результате были получены следующие данные.

1. Рентгеновское изучение не подтвердило наличия каких-либо других кристаллических соединений, кроме первичного гидроокисла магния.

2. По данным термовесового метода количество брусита, сохранившегося в горизонте преобразования, составляло 62% от первоначального продукта (MgO = 43,3%).

3. Химический анализ позволил установить полный состав силифицированного материала (табл. 1), который содержал несколько больше MgO (56,0%), чем могло входить в состав остаточного брусита. Это значит, что в образце присутствует магний, который не входит в решетку брусита.

4. Дифференциальный термический анализ дал ряд данных относительно новообразованных продуктов. Так, на кривой исследуемого материала наряду с эндотермическим пиком брусита около 400° С появляются эндотермический пик при 110° С и особенно резкий экзотермический пик при 820° С, что соответствует кристаллизации форстерита Mg2SiO4. По данным Сабатье, это указывает на присутствие силикомагнезиального геля. К тому же термические кривые искусственных образцов сходного состава, приготовленных как в виде смеси чистых продуктов, так и путем их соосаждения, подтверждают это предположение, так как только соосажденные продукты, т. е. соединения, для которых характерны связи Si — О — Mg, дают такие же пики (фиг. 1).
Исходя из этого, экспериментально силифицированный материал можно рассматривать как простую смесь первичного брусита (62%) и новообразованного аморфного магнезиального силиката (38%). Химический состав такой смеси приведен в табл. 2.
Полученные данные позволяют сделать следующие выводы:

1. В присутствии воды, обогащенной мономерным кремнеземом, брусит со связями типа HO — Mg — ОН, по-видимому, неустойчив как твердая независимая фаза; за его счет развивается кремнистое новообразованное соединение со связями типа (HO)3 — Si — О — Mg — ОН.

2. Сам факт индивидуализации силикомагнезиального геля в процессе опыта представляет собой весьма интересное явление, так как подобные образования могут сформироваться лишь при беспорядочном осаждении соединений типа Si — О — Mg. Эти соединения возникают на месте, с одной стороны, за счет кремнезема, принесенного инфильтрационными водами, а с другой — за счет ионов Mg2+ или MgOH+, образующихся при растворении брусита.

Таким образом, этот эксперимент позволяет окончательно установить, что силификация гидроокислов типа брусита происходит не вследствие того, что октаэдрические слои брусита представляют собой подходящую «опору» для тетраэдров SiO4, как это пытались представить, приводя в качестве примера возникновение структур глинистых минералов. Брусит неустойчив в контакте с водой, обогащенной кремнеземом, и является в данной среде постоянным поставщиком октаэдрических катионов (Mg), которые образуют в совокупности с тетраэдрами SiO2 силикомагнезиальный гель.





Яндекс.Метрика