ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Глинистые минералы из "Неорганические иониты" Глинистые минералы включают различные группы алюмосиликатов, основные типы которых почти незаметно переходят один в другой. Строение части из них было установлено с помощью рентгеноструктурного и других физических методов анализа. Чтобы объяснить ионообменные свойства глин, необходимо хотя бы в общих чертах рассмотреть соответствующие структуры, только тогда можно представить существующие между ними различия и установить их связь с другими типами неорганических ионообменных соединений. [c.28] Алюмосиликатный каркас у глин в основном состоит из чередующихся параллельных двумерных слоев, образованных силикатными тетраэдрами и алюминатными октаэдрами [1]. Расположение этих слоев, степень и природа изоморфных замещений внутри них в значительной степени определяют химические и физические свойства соответствующих материалов. Три основных типа глинистых минералов можно рассматривать как идеальные (рис. 1). [c.28] Схематическое изображение трех основных типов глинистых минералов. [c.29] Если замещение происходит в тетраэдрических слоях, например в иллите или мусковите, электростатические силы, действующие между отрицательно заряженным каркасом и компенсирующими катионами, гораздо сильнее, чем в группе монтмориллонитов. Следовательно, структуры такого типа оказывают сопротивление расширению, возникающему при погружении в водные растворы, в связи с чем обычно происходит небольшое изменение расстояния по оси с (см., однако, стр. 56). Сопротивление набуханию, как правило, приводит к низкой скорости обмена, а большие катионы могут даже вообще не участвовать в обмене нз-за пространственных затруднений, хотя следует заметить, что катионы, присутствующие в естественных минералах этого класса, наименьшие по размеру, например калий. [c.32] В отличие от цеолитов (см. стр. 61) обмен на глинистых минералах не подчиняется законам стехиометрии, и емкость может в значительной степени изменяться у минералов, имеющих подобные структуры, но отличающихся степенью изоморфных замещений. [c.32] Если до— полная обменная емкость глины, д — количество данного иона, поглощенного после достижения равновесия, Со — общая концентрация исследуемого раствора и с—концентрация искомого иона, то результаты могут быть выражены в форме изотермы, которая определяет зависимость относительного поглощения д1до от относительной концентрации с/со. Емкость и сорбция обычно выражаются в миллиграмм-эквивалентах мг-экв) на 1 г обменника, а концентрация— в миллиграмм-эквивалентах на 1 раствора. На рис. 3 и 4 показаны характерные изотермы обмена на монтмориллоните [5] и аттапульгите [6]. [c.36] Описанный метод использовался также при изучении глинистой фракции нижних зеленых песков (Англия) [7]. В почве, просеянной через мелкое сито, органическое вещество разрушалось при кипячении с перекисью водорода. Некоторые характерные результаты представлены на рис. 5. Наиболее важными выводами, сделанными при рассмотрении этих кривых, являются следующие 1) имеются отчетливо устанавливаемые ряды сродства 2) для почв, у которых обменные свойства преимущественно связаны с глинистыми минералами, общие свойства будут определяться свойствами отдельных глин. [c.39] Подобная же замена может быть использована для получения К, когда заряды ионов А и В различны. [c.40] Используя величины [А+], [В+], [А+] и [В+], полученные из изотерм, аналогичных приведенным на рис. 3—б, и известные значения коэффициентов активностей, можно рассчитать коэффициент К, но для получения термодинамической константы К требуются дополнительные данные. [c.40] Зависимость катионообменной емкости суспензии каолинита от природы и концентрации равновесного раствора [20]. [c.51] Различия в поведении, наблюдаемы при обмене катионов и анионов, можно объяснить тем, что катионы участвуют в обмене, связанном со слабой степенью изоморфного замещения, в равной степени, как и в обмене в сфере поверхностных гидроксильных групп, а анионы участвуют только в обмене на поверхности. В течение нескольких лет существовала иная гипотеза [21], согласно которой катионный обмен на каолините объясняется небольшой, но измеримой степенью изоморфного замещения последние исследования на тальке и пирофиллите подтверждают эту точку зрения [22]. Состав талька выражается идеальной формулой MgзSi40lo(OH)2, и в выбранном образце происходило замещение кремния на алюминий и железо с участием катионов натрия и калия, уравнивающих заряд. Образцы, переведенные в Н+-форму с помощью электродиализа, давали при титровании раствором едкого натра емкость, равную 0,0023 мг-эк 1е, независимо от размера частиц. Однако каолинит и пирофиллит имеют емкости 0,01 — 0,06 и 0,04 мг-экв/г соответственно, причем зависящие от размера частиц. Пирофиллит имеет структуру, сходную со структурой талька, с той лишь разницей, что магний замещается алюминием. Тот факт, что алюминий (ионный радиус 0,57 А) может заместить кремний (0,57 А) в тетраэдрических слоях, а магний (0,78 А) не может, обусловливает большую емкость каолинита и пирофиллита по сравнению с тальком. Однако в настоящее время нет достаточных данных, чтобы сделать выбор между двумя различными механизмами вероятно, в каолините могут иметь место оба механизма. [c.52] Протекание реакции (б) подтверждается уменьшением pH раствора, обусловленным выделением в раствор ионд водорода при превышении полной емкости. [c.54] Интересно отметить, что катионы с длинной органической цепочкой могут полностью, хотя и медленно, заместить межплоскостные катионы даже в слюдах и альбите. При этом органические производные слюды проявляют гораздо более высокую емкость по отношению к неорганическим катионам, чем исходные слюды, поскольку протеканию обмена способствует высокая степень разделения указанных производных (табл. 8). [c.57] Несмотря на то что устойчивость глин в растворах кислот невелика, они были предложены для использования в качестве ионообменников в тех случаях, когда имеет значение их дешевизна, специфичность, а также устойчивость по отношению к радиации и нагреванию в водной среде. Монтмориллонит предложили использовать при переработке радиоактивных сбросных растворов, но из-за малых размеров его частиц для получения материала, который можно использовать в больших колонках, необходима некоторая предварительная обработка. Из двух изученных процессов один заключается в выдавливании материала из водяной пульпы в ионообменную колонку [25], другой — в смешивании глины со связующим раствором, например с этилортосиликатом, с последующим разложением смеси при нагревании. Последняя операция, однако, приводит к некоторой потере емкости [26]. Оба этих метода имеют свои недостатки,. [c.57] Вермикулит, также пригодный для данных целей, имеет, вероятно, то преимущество, что он не требует предварительной обработки. Для достижения наибольших скоростей обмена нужно использовать его расслоенную форму. [c.58] Фомин в. В., Канд. дисс., М. (1941), Действие водных растворов солей цезия на силикаты и алюмосиликаты. [c.59] Вернуться к основной статье