Силикаты и гидросиликаты алюминия — КиберПедия 

Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...

Силикаты и гидросиликаты алюминия

2018-01-05 1921
Силикаты и гидросиликаты алюминия 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

 

Известно два вида силикатов алюминия. Химический состав первого вида выражается формулой А12Оз . SiO2. Это соединение представлено тремя минералами: силлиманитом, дистеном, или кианитом, и андалузитом. Химическому составу второго вида соответствует формула ЗА12О3 • 2SiO2. Представитель — минерал муллит.

Силлиманит и дистен, обладая одинаковым химическим со­ставом, имеют различное кристаллическое строение. Поэтому некоторые их свойства отличаются друг от друга. Синтезировать силлиманит, дистен и андалузит не удается, потому что при про­каливании они превращаются в муллит и кристобалит по схеме

3(A13O8 . SiO2) = 3Al2O3 . 2SiO2 + SiO2

Образование силлиманитовых минералов объясняется воздей­ствием магмы на глинистые породы при высоком давлении. Этот процесс на примере каолита схематически можно выразить так:

А12О3 . 2SiO2 .3О = Al2O3 . SiO2 + SiO2 + 2Н2О

Силлиманит Al[AlSiO5] — бесцветные либо желтовато-серые, иногда буроватые волокнистые призматические или игольчатые агрегаты ромбической системы. Твердость силлиманита 7, пл. 3,2 г/см3, при 1545° С превращается в муллит. Встречается в виде включений в гнейсах и кварцевых жилах. Кислоты на него не действуют. Исключением является смесь НС1 и HF, которая мед­ленно разлагает его. Едкие щелочи и карбонаты при cплавлении с силлиманитом разлагают его, образуя алюминат и силикат, натрия.

Силлиманит способен давать с небольшим количеством (около 5%) высокопластичной глины хорошо формующую керами­ческую массу, обладающую постепенным расширением при нагре­вании (до 1000° С). Поэтому силлиманит — хороший материал для высокоогнеупорных керамических изделий, пирометрических трубок и автосвечей.

Андалузит Al2[Si04]O кристаллизуется в прямоугольные ром­бические призмы. Окрашен в тусклые красноватые и зеленовато-серые тонa; блеск стеклянный; твердость 7,5; пл. 3,1—3,2 г/см3. С кислотами и щелочами реагирует подобно силлиманиту. При
нагревании до 1350—1400° С превращается в муллит. Встречает­ся в местах соприкосновения изверженных горных пород и гли­нистых сланцев. Применяют при изготовлении огнеупоров, пиро­метрических трубок и т. д.

Дастен, или кианит, Al2[Si04]O — синевато-просвечивающийся минерал, кристаллизуется в виде удлиненных пластинок, блеск стеклянный, твердость в различных направлениях кристалла ко­леблется от 4,5 до 6, а на гранях до 7, пл. 3,56—3,68 г/см3. В кис­лотах не растворяются. Прокаленный до высоких температур по рошок этих минералов после обработки его растворами нитрата кобальта и вторичного прокаливания окрашивается в синий цвет.

В промышленности эти минералы используют в качестве вы­сокоглиноземистого сырья при производстве фарфоровых, огне­упорных и кислотоупорных изделий, при производстве специаль­ных электроизоляторов, запальных свечей, тиглей для литья ме­таллов, пирометрических трубок и др. Примеси железа снижают техническое использование этих минералов.

Муллит ЗА12Оз . 2SiO2, или Al6Si2O13, содержит 71,8% А12O3 и 28,2% SiO2. Пл. 3,03 г/см3, т. пл. 1810° С. В естественном виде впервые был найден в Шотландии на острове Мулл, откуда и по­лучил свое название. Кристаллизуется в ромбической системе в виде прозрачных бесцветных удлиненных игольчатых кристал­лов. Искусственным путем образуется в фарфоровых изделиях и в алюмосиликатных огнеупорах, а также в местах непосред­ственного длительного воздействия стекломассы на шамотный стеклоприпас. В муллит также превращаются минералы силлиманитовой группы при длительном пребывании их в зоне высо­ких температур.

Муллит можно получить синтетически из тонкодисперсной смеси 71,8% А12О3 и 28,2% Si02 при нагревании до 1545—1910° С с последующим охлаждением. Искусственный муллит получают и другим способом. Высокоглиноземистые минералы или тонко­измельченную смесь гидратов глинозема и каолинов сплавляют при 2000—2500° С в электропечах в присутствии древесных опи­лок. Расплав медленно охлаждают. Схематически процесс обра­зования муллита можно записать так:

А12О3 . 2SiO2 .2О + 2(А12О3 . ЗН2О) === 3AI2O3 . 2SiO2 + 8Н2О

По этому способу получают муллитовый стеклоприпас методом каменного литья. Образование искусственного муллита значительно ускоряется под влиянием минерализаторов, из которых, по данным П. П. Будникова, наиболее активное действие оказы­вает MnSO4; слабее действуют CuCl2, TiO2 и MgCl2. Кислоты на муллит не действуют, за исключением смеси HF и HNO3. В рас­плавленных едких щелочах или соде он разлагается, чем пользу­ются в химическом анализе муллитизированных материалов и изделий.

Муллит значительно повышает химическую стойкость, термостойкость, огнеупорность, механическую прочность, электроизоляционные и другие свойства керамических изделий технического назначения. Поэтому при изготовлении электроизоляционной и химически стойкой аппаратуры, огнеупоров и других керамиче­ских изделий стремятся к максимальной муллитизации черепка. К силикатам алюминия относятся также минерал топаз и глиноземистые гранаты. Топаз Al2[SiO4][F, OH]2 чаще всего бывает окрашен в светлые оттенки желтого, винно-желтого, соломенно- желтого, голубого, фиолетового, зеленого, розового, а иногда и красного цвета. От солнечного света окраска его бледнеет, блеск топаза стеклянный, твердость 8, пл. 3,52—3,57 г/см3, при высоких температурах не плавится, но мутнеет, с нитратом кобальта реагирует так же, как иминералы группы дистена. Прозрачные, красивоокрашенные кристаллы топаза используют в юве­лирном деле.

К глиноземистым гранатам относятся пироп Mg3Al2[SiO4]3, альмандин Fe3Al2[SiO4]3, спессартин МnзАl2[SiO4]з, гроcсуляр Са3А12[SiO4]3, андрадит Саз2[SiO4]з и уваровит Ca3Cr2[SiO4]3. Все они кристаллизуются в кубической системе, встречаются в виде отдельных кристаллов или в виде сплошных зернистых розовато-красных, темно-красных, буро-красных, оранжево-жел­тых, изумрудно-зеленых и даже черных масс. Твердость их от 6,5 до 7,5, пл. от 3,5 до 4,2 г/см3. Прозрачные, красивоокрашеннае разности гранатов используют в ювелирном деде; гранат высокой твердости (альмандин, пирон, спессартин) применяют как абразивы и в виде гранатовой бумаги при полировке дуба, ореха, кле­на, красного дерева и т. д., при шлифовке зеркальных стекол, кожи, твердого каучука и т. д.

 

Гидросиликаты алюминия

 

Гидросиликаты алюминия Al n [Si4O10][OH] m — это минералы, которые входят в состав глинистых материалов и являются основ­ным сырьем в производстве керамических изделий. В гидросиликатах алюминия атомы кремния, алюминия и водорода соединя­ются между собой атомами кислорода, при этом водород нахо­дится в составе гидроксильных групп.

К гидросиликатам алюминия относятся пирофиллит, каолинит, галлуазит, бейделит и др. Пирофиллит Аl2[Si4O10][ОН2], или Al2O3 . 4SiO2 . H2O, кристаллизуется в моноклинной системе. В природе он образует пластинчато-лучистые агрегаты белого цвета с желтоватым или с бледно-зеленым оттенком. Блеск их стеклян­ный. При прокаливании пирофиллит при 400—790° С теряет эле­менты воды, свыше 1150° С превращается в муллит с выделением аморфного кремнезема, в кислотах не разрушается, с раствором Со(NОз)2 после прокаливания приобретает синий цвет (реакция на алюминий). Синтетически пирофиллит получают нагреванием до 400° С в автоклаве смеси из одной части геля А12О3 и 4 частей геля SiO2 в водной щелочной среде.

Используют пирофиллит в качестве сырья для изготовления электроизоляторов и огнеупоров, а также в качестве наполнителя в бумажном и резиновом производствах. В силикатной про­мышленности применяют каолинит, монтмориллонит н алофан. Все они характеризуются сходным химическим составом Аl2Оз . nSiO2 . рНгО (где п и р — целые числа), тонкой дисперс­ностью (зернистость их меньше 0,001 мм), набуханием в воде и усадкой при высушивании, образованием в смеси с водой пластической массы, способной адсорбировать некоторые вещества, образованием под влиянием некоторых электролитов легкопод­вижных смесей при пониженной влажности и превращением в смесь безводных оксидов с последующей муллитизацией их при
прокаливании.

Каолинит Аl4[Si4O10][OH]8, или Al203 . 2Si02 . 2H2O, содержит 46,6% А12О3; 39,4% Si02 и 14% Н2О. Твердость его 1 или,2, пл. 2,4 г/см3, строение — кристаллическое. Образует чрезвычайно мелкие пластинчатые чешуйки, склеенные в отдельные комочки. Бла­годаря этому каолинит встречается преимущественно в виде рых­лых землистых масс, представляющих собой горную породу, на­зываемую каолином. Чистый каолинит белого цвета, но в зави­симости от примесей иногда окрашивается в светло-желтые и се­роватые тона. Каолинит — продукт разрушения и химического превращения кристаллических полевошпатовых горных пород. Этот процесс называется каолинизацией. Схема превращения ортоклаза

К2О . А13О3 . SiO2 + 2H2O + CO2 = K2CO3 + 4SiO2 + Al2O3 . 2SiO2 . 2H2O

В водных растворах СО2 ортоклаз разлагается, отщепляя атомы калия и частично кислорода. Калий и кислород, присоединяясь к диоксиду углерода, образуют К2СО3 — хорошо растворимую в воде соль. В то же время из состава ортоклаза отщепляются 4SiO2 и переходят в раствор. К оставшемуся прочному алюмокремниевому комплексу Al2O3.. 2SiO2 присоединяются ионы водо­рода и гидроксила, образуя каолинит Al2O3 . 2SiO2 . 2H2O. Анортит разлагается так:

СаО . A12O3 . 2SiO2 + ЗН2О + 2СО2 = Са(НСО3)2 + А12О3 . 2SiO2 . 2О

Каолинит относится к гидроксиликатам алюминия с непрерывными слоями тетраэдров. Благодаря этому он обладает слоисто-пла­стинчатым строением. Активный слой образован атомами кисло­рода тетраэдра, обращенными в одну сторону от плоскости рас­положения листа тетраэдров. В этом слое располагаются ионы А13+ и [ОН]-.

В лабораторных условиях каолинит был синтезирован путем выдерживания смеси гелей глинозема и кремнезема с водой в течение 24 сут в бомбе при нагревании и под давлением от 2—20 МПа. Его получают из тонкоизмельченного полевого шпата действием на него 0,5 — 1 н. HCI при нагревании в течение 300 ч под давлением в металлической бомбе.

При обычных температурах на каолинит минеральные кислоты, за исключением плавиковой и кремнефтористоводородной, не действуют. При кипячении каолинит реагирует с концентрированной серной кислотой с образованием сульфата алюминия:

A12O3 . 2SiO2 . 2H2O + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 2H2SiO3 + 3H2O

Дегидратированный каолинит реагирует с 2— 10% -ной соля­ной кислотой, образуя хлорид алюминия и аморфный кремнезем:

AI2O3 . 2Si02 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O + 2SiO2
Каолинит реагирует с расплавленными едкими щелочами и карбонатами щелочных металлов:

Al2O3 . 2SiO2 . 2H2O + Na2CO3 = Na2O . Al2O3 . 2SiO2 + 2Н2О + СO2

Эта реакция используется в лабораторной практике при анализе каолинов. При нагревании каолинит разлагается. Установлены три тепловых эффекта: первый в интервале 430—600°, вто­рой 900—960° и третий 1200—1250°.

Процесс дегидратации каолинита сопровождается полным разрушением его структуры с образованием смеси свободных оксидов:

AI2O3 . 2SiO2. 2H2O = А12О3 + 2SiO2 + 2Н2О

Как указывает Д. С. Белянкин, свободные оксиды А12О3 и SiO2 образуют вещество переменного состава. Если продукт дегидратации — метакаолинит, то два последующих тепловых эффекта можно рассматривать как распад при 900—960° С метакаолинита на свободные оксиды А12О3 и SiO2, превращение А12О3 в γ-Аl2Оз (кристаллическую модификацию) и образование при 1200— 1300° С из свободных оксидов муллита и кристобалита:

ЗА12О3 + 6SiO2 = 3AI2O3 . 2SiO2 + 4SiO2

Так как каолинит — один из главных глинообразующих минералов, то физические и химические свойства его оказывают решающее влияние на поведение каолинов и глин в производственных процессах.

Диккит и накрит по составу тождественны каолиниту и близки по кристаллическому строению. Они более редкие минералы, чем каолинит. По внешнему виду это белые блестящие тонкодис­персные массы. Примеси окрашивают их в светло-желтые, зеле­новатые и даже бурые тона. Свойства диккита и накрита такие же, как и каолинита.

Галлуазит Al2O3 . 2SiO2 . 4H2O подобно другим минералам каолинитовой группы представляет собой тонкодисперсную белую массу, встречающуюся в виде скоплений в глинах и каолинах, С водой не образует пластического теста. По составу отличается от каолинита повышенным содержанием элементов воды. При нагревании разлагается в две стадии. На первой стадии при 50—100° С удаляется половина воды (2Н20), при этом галлуазит превращается в метагаллуазит:

Al2O3 . 2SiO2 . 4H2O = Al2O3 . 2SiO2 . 2H2O + 2H2O

На второй стадии при 500—600° С метагаллуазит теряет по­добно каолиниту оставшиеся элементы воды (2Н2О). Нагревание до более высоких температур приводит к таким же изменениям, что и в каолините.

Несмотря на тождественность химических формул метагаллуазита и каолинита, строение и свойства их различны. Кристаллохимическая формула галлуазита Al4[Si4O10][OH]8 . 4H2O. Гидрогиллитовый слой сочленяется так же, как и в структуре каолинита. Однако вершины тетраэдров с активными отрицательными ато­мами кислорода обращены попеременно в обе стороны от плоско­сти расположения листа кремнекислородных тетраэдров. Часть атомов кислорода тетраэдров, расположенных по одну сторону листа (вверх), замещается более слабыми гидроксильными иона­ми. Этим отчасти объясняется то, что в структуре галлуазита удерживается избыточное количество воды.

К гидросиликатам алюминия относятся также минералы монтмориллонит, бейделит и нонтронит. Они входят в состав почв, главным образом в состав так называемых отбеливающих глин и бентонита.

Химический состав монтмориллонита А12О3. 4SiO2. . n H2O характерен тем, что молекула его по сравнению с молекулой каолинита содержит повышенное количество кремния и кислорода и переменное количество воды. Кроме того, в монтмориллоните есть от 3 до 10% MgO или смеси MgO с некоторым коли­чеством СаО. В связи с этим химическую формулу монтмориллонита иногда записывают так: (Mg, Са)А12Оз . . 4SiO2 . n Н2О. Струтурная формула монтмориллонита

m {Mg3[Si4010][OH2]} . p {[Al,Fe]3[Si4010][OH]2} . n H20

Особенность монтмориллонита по сравнению с каолинитом и галлуазитом та, что гидрогиллитовый слой в нем располагается между двумя листами кремнекислородных тетраэдров. В то же время валентные кислородные атомы, обращенные в обе стороны листа, замещены, как это отчасти наблюдается в галлуазите, гидроксильными группами, которые удерживают некоторое количе­ство воды.

Важное свойство силикатов этой группы — это склонность их к обмену катионами. При замене высоковалентного катиона А13+ на катион Mg2+ по всей системе возникает остаточный электри­ческий заряд, за счет которого может быть введен в структуру монтмориллонита катион одновалентного металла.

Монтмориллонит — тонкодисперсная землистая масса белого цвета, иногда желтовато-бурого, синевато-зеленого и розового. Кристаллы его имеют вид тончайших призм и волокон. Синтети­чески монтмориллонит получают при нагревании смеси гелей соответствующих гидроксидов и кремнезема под давлением от 2—20 МПа в щелочной среде. При затворении водой монтмориллонитовые массы сначала набухают, а с увеличением воды до­вольно быстро диспергируют, образуя легкоподвижные водные суспензии. Характерная особенность монтмориллонита — резкое колебание содержащейся в нем воды, количество которой нахо­дится в некоторой зависимости от влагосодержания воздуха. Исходя из этого принято считать, что в монтмориллоните химически связано только две молекулы воды. Остальная вода адсорбционная. По данным Д. С. Белянкина и В. П. Ивановой, при 100° С адсорбционная вода удаляется. Удаление химически связанных элементов воды достигает максимума при 500° С и полностью заканчивается при 700° С. При дальнейшем повышении температуры продукты дегидратации монтмориллонита изменяют­ся так же, как и у каолинита.

Монтмориллонитовые глины обладают высокой поглотитель­ной способностью. Поэтому их применяют при очистке нефтепро­дуктов от смол и углистых загрязнений, при отделке и обезвожи­вании шерсти и сукон, при крашении тканей, а также как напол­нители в резиновом, мыловаренном, косметическом и бумажном производстве, в производстве лекарств и т. д.

Кроме перечисленных гидросиликатов алюминия к той же группе относится и аллофан n Al2O3 . m SiO2 . pHsO. Коэффициенты п и р показывают, что количественное соотношение связанного кремнезема и воды непостоянно. Кроме того, в аллофанах могут быть адсорбированы ионы К+, Mg2+, Ca2+, Na+, PO3-4, обладаю­щие обменными свойствами.

Аллофан — стекловатая масса белого, голубого, зеленого и бу­рого цветов, реже тонкодисперсные порошки или натечные массы. Комки его хрупки. Твердость 3, пл. 1,85—1,89 г/см3. Основная масса воды, содержащаяся в аллофанах в количестве 30—38%, удаляется при нагревании до 100—110° С. Дальнейшее обезвожи­вание происходит при более повышенной температуре. Аллофан легко разлагается соляной кислотой с образованием студенистого осадка, состоящего из гелей глинозема и кремнезема. Разжижая аллофан в водной среде золем кремнекислоты, Т. Е. Красенская извлекла из него до 50% оксида алюминия. Это дает основание полагать, что аллофан — не химическое соединение, а смесь гелей глинозема и кремнезема, одновременно выпавших из водных растворов.

СИЛИКАТЫ ДРУГИХ МЕТАЛЛОВ

 

В различных силикатных производствах используются силика­ты бериллия, цинка, свинца, марганца, железа, меди, никеля, ко­бальта, циркона, хрома, тория и др.

Силикаты бериллия. В природе они представлены минералами фенакитом, бериллом и др. Фенакит Ве2SiO4 — довольно редкий минерал тригональной системы. Кристаллы его окрашены в сла­бо винно-желтый цвет либо совершенно бесцветны, блеск жирно-стеклянный, твердость 7,5, пл. 2,96—3,0- г/см3, при повышенных температурах не плавится, в кислотах не растворяется, практиче­ское применение его невелико.

Берилл Ве3А12[Si6О18]— наиболее распространенный в земной коре минерал. Кристаллизуется в гексагональной системе, обра­зуя кристаллы столбчатого и призматического характера. Цве берилла зеленовато-белый, желтый, желтовато-зеленый, голубой и иногда розовый, блеск стеклянный, твердость 7,5—8, пл. 2,63— 2,91 г/см3. По окраске различают изумруд ярко-зеленого цвета, аквамарин синевато-голубой окраски, воробьевит — розового цве­та и гелиодор — желтой окраски. Изумруд и аквамарин используются в ювелирном деле. Бериллиевые соединения применяются в различных отраслях промышленности и в медицине.

Силикаты цинка. Это — природные минералы вилемит и каламин. Вилемит Zn2SiО4 — относительно редкий минерал тригональной системы. Кристаллы его бесцветны, иногда желтовато-бурые, с зеленоватым или красноватым отливом, стеклянного блеска.
Твердость его 5—6, пл. 3,89—4,18 г/см3. Вилемит используется как цинковая руда, а также для изготовления флюоресцирующих экранов и электроннолучевых трубок.

Каламин Zn4[Si2O7][OH]2H2O — минерал ромбической системы. Кристаллы его бесцветны, блеск стеклянный, твердость 4—5, пл. 3,4—3,5 г/см3, при повышенных температурах не плавится, в кис­лотах растворим с выделением геля SiO2, представляет собой цин­ковую руду.

В силикатных расплавах, содержащих соединения цинка, по­лучаются искусственные силикаты цинка. При медленном охлаж­дении расплавленных стекол, глазурей и эмалей появляются кри­сталлические образования силикатов цинка в виде причудливых узоров. Это используется для изготовления кристаллических гла­зурей в фарфоровом производстве.

Силикаты свинца. При изготовлении свинцовых стекол и свин­цовых легкоплавких глазурей образуются силикаты свинца: ортосиликат свинца 2PbO . SiO2, выделяющийся при длительном отжи­ге стекла, т. пл. 746° С; метасиликат свинца РЬО . SiO2, который выкристаллизовывается из общей массы в виде прямоугольных призм. Иногда отдельные кристаллы достигают 10 мм в длину и 2 мм в ширину. Плавится PbO . SiO2 при 765° С.

Силикаты свинца способны особенно в восстановительной сре­де при высоких температурах восстанавливаться до металла. В ре­зультате этого наблюдается потемнение свинцовых стекол. Поэто­му варку таких стекол и обжиг свинцовых глазурей нужно прово­дить в окислительной атмосфере.

Силикаты марганца. В природе они представлены минералом родонитом (Mn, Ca)SiO3, образующим сплошные, плотные, зер­нистые агрегаты стеклянного блеска розового цвета. Твердость его 5—5,5, пл. 3,4—3,75 г/см3. В соляной кислоте разлагается мед­ленно, выделяя кремнезем. По кристаллическому строению родо­нит относится к группе силикатов с непрерывными цепочками. Силикаты марганца получаются искусственным путем при сплав­лении оксида марганца и кремнезема в стехиометрическом отно­шении. Массивные горные породы, состоящие из родонита, упот­ребляются в качестве поделочного камня и для облицовки стен общественных сооружений, в частности станций Московского мет­рополитена (станция «Маяковская» и др.). Стекла и г силикатами марганца окрашиваются в розовые цвета. В связи с этим оксиды марганца используются для обесцвечивания загряз­ненных оксидами титана и железа стекол.

Силикаты железа. В природе встречаются в виде различных минералов: фаялита, грюнерита, нонтронита, ферригаллуазита и др. Фаялит Fe2SiO4— силикат оксида железа (II) кристаллизу­ется в виде таблитчатых и короткопризматических кристаллов темно-желтого, зеленовато-черного и буровато-коричневого цвета стеклянного блеска, твердость его 6—6,5, пл. 4,0—4,35 г/см3, раз­лагается в соляной кислоте с выделением кремнезема.

В керамических изделиях, изготовленных из железосодержа­щего сырья и обожженных в восстановительной среде, частично содержится ортосиликат оксида железа (II) Fe2SiO4, плавящийся при 1265° С.

Грюнерит Fe7[Si4O11]2[OH]2, нонтронит (Fe, Al)2[Si4O10][OH]2 •п Н2Ои ферригаллуааит (Fe, AI)4[Si4O10][OH]8 . 4H2O можно рас­сматривать как гидроксиликаты железа, благодаря наличию в них гидроксильных групп. При прокаливании они теряют как кристал­лизационную воду, так и элементы воды из гидроксильных групп. Разлагаются кислотами с выделением кремнезема в виде студня. В расплавленных стеклах, эмалях и глазурях оксиды железа, растворяясь, окрашивают их в различные цвета. Силикат окси­да (II) окрашивает их в сине-зеленый цвет различных оттенков, а силикат оксида Fe (III) —в желтые, темно-желтые и коричне­вые тона. На цвет окраски и интенсивность ее оказывает существенное влияние химический состав расплава.

Силикаты меди. Из природных разновидностей силикатов ме­ди известны хризоколла и аширит. Хризоколла CuSiO3 . n H2O встречается в виде коллоидных натечных или пузырьчатых масс голубого, голубовато-зеленого или синего цвета, матового или опалевидного блеска. Твердость его 2, пл. 2—2,3 г/см3, при нагревании дегидратируется, в кислотах разлагается, окрашива­ет пламя в зеленый цвет.

Аширит, или диоптаз, Си6[Si6О18] .2О — редкий прозрачный минерал изумрудно-зеленого цвета, стеклянного блеска. Твер­дость его 5, пл. 3,28—3,35 г/см3, в окислительном пламени черне­ет, в восстановительном — краснеет, в кислотах разлагается с вы­делением студенистого кремнезема. Силикаты меди, растворяясь в расплавленных стеклах, окрашивают их в зеленые цвета.

Силикаты никеля и кобальта. Из природных разновидностей силикатов никеля известны ревдинскит и гарниерит. Ревдинскит (Ni, Mg)6[Si4O10][OH]8, или 3(Ni, Mg)O . 2SiO2. . 2H2O, подобен сер­пентину моноклинной системы, встречается в скрытокристаллических плотных порошковатых бледно-зеленых с голубоватым оттен­ком массах перламутрового или жирного блеска. Твердость 2—2,5, пл. 2,5—3,2 г/см3, входит в состав никелевых руд.

Гарниерит Ni4[Si4O10][OH]4 . 4H2O или Ni6[Si4010][OH]8 . 4H20 образуется в виде гелей и скрытокристаллических агрегатов ярко­го голубовато-зеленого или травянисто-зеленого цвета матового

блеска. Твердость 2—2,5, пл. 2,3—2,8 г/см3, находится среди нике­левых руд.

При получении стекол, глазурей и эмалей при высоких темпе­ратурах образуются ортосиликат никеля, ортосиликат и метасиликат кобальта. Ортосиликат никеля 2NiO . SiO2 получается при прокаливании смеси оксида никеля (II) с кремнеземом. Окраска его желтоватая, в известково-натриевых стеклах красно-коричневая.

Ортосиликат кобальта 2CoO . SiО2 окрашен в рубиново-красный, а при прокаливании превращается в фиолетовый цвет. Получается при нагревании смеси оксида кобальта (II) и кремнезема при 1000° С. Метасиликат кобальта CoO . Si02 образуется при сплавлении соответствующих оксидов при 900° С. Окрашен он в фиолетовый цвет. Силикаты кобальта окрашивают стекла и гла­зури в синие цвета.

Силикаты циркона, хрома и тория. Встречаются в природе в виде циркона ZrSi04, волконскоита (Cr, A1, Fe)4[Si4O10] . [OH]8 .2О, ураровита Са3Сг2[SiO4]3, торита (Th, Fe)[SiO4] и др.

Циркон ZrSi04 — минерал кристаллического строения в виде тетрагональных призм. Твердость 7—8, пл. 4,6—4,7 г/см3, бесцве­тен, иногда окрашен в желтый, оранжевый, красный и зеленый цвета, алмазного, а иногда и жирного блеска. Используется в юве­лирном деле, употребляется для изготовления кислотостойких и огнеупорных тиглей, вводится в состав стекол для получения лабораторной посуды, а также и для других целей.

Уваровит относится к группе гранатов, его пл. 3,52 г/см3, кристалличен, окрашен в желтый, зеленоватый, буро-красный и даже черный тона, применяется в ювелирном деле.

Торит Th[SiO4] — минерал черно-бурого, иногда оранжевого и черного цвета, стеклянного блеска. Твердость 4,5—5, пл. 5,4 г/см3, радиоактивен, кристаллизуется в тетрагональной сингонии, растворяется в соляной кислоте.

АЛЮМОСИЛИКАТЫ

 

Одной из особенностей кремнекислородных анионов является то, что в них некоторое количество четырехзарядных атомов крем­ния может замещаться таким же количеством трехзарядных ато­мов алюминия. В результате такого замещения вместо кремнекислородного иона образуется алюмокремнекислородный ион. Если в нейтральной кремнекислородной группе атомов Si408 заместить один атом четырехзарядного кремния трехзарядным атомом алю­миния, получается однозарядный отрицательный алюмокремнекислородный ион [Si3AlO8]-; при замене двух атомов кремния дву­мя атомами алюминия образуется двухзарядный комплексный алюмокремнекислородный ион [Si2Al208]2-. При этом количествен­ное соотношение в алюмокремнекислородных анионах между Si и А1 должно составлять либо 3: 1, как в ионе [Si3AlO8]-, либо 1: 1, как в [Si2Al2O8]2-, но не меньше.

В некоторых алюмосиликатах атомы алюминия могут одно­временно входить в состав алюмокремнекислородного аниона и наряду с другими элементами в состав катиона. Представителями этих силикатов являются слюды, например, мусковит KAl2[Si3Al010][OH]2 и маргарит CaAl2[Si2Al2O10]fOH]2.

Соединения, в которых анионом служит алюмокремнекислородный ион, называют алюмосиликатами. К типичным представи­телям природных алюмосиликатов относятся полевошпатовые минералы, слюды, гидрослюды, цеолиты и другие минералы.

В дальнейшем в качестве примера рассматриваются алюмосиликаты натрия, калия и кальция, так как эти минералы в основ­ном составляют около 60% земной коры и широко используются в промышленности в виде сырьевых материалов различных производств. Представители натриевых полевых шпатов — нефелин и альбит.

Нефелин Na[AlSiO4] или Na2O . AI2O3 . 2SiO2, относится к груп­пе алюмосиликатов с непрерывными трехмерными каркасами из тетраэдров [(Si, AI)O4]. Кристаллизуется в гексагональной систе­ме и с калиевым нефелином при высоких температурах образует непрерывный ряд твердых растворов. Нефелин преимущественно белого цвета со стекловидным, иногда жирным блеском. Примеси окрашивают его в серые, красноватые, желтоватые и зеленоватые тона. Пл, 2,6 г/см3, твердость 5,5—6, т. ял. 15260 С. Соляная кис­лота разлагает его с выделением водного диоксида кремния в ви­де студня.

Нефелин может существовать в нескольких кристаллических модификациях. Устойчивая низкотемпературная форма β-нефелин. Выше 1248° С превращается в α-модификацию, называемую α-корнегиитом. При охлаждении α-корнегиита ниже 687° С он превра­щается,в обычный корнегиит.

Искусственный нефелин получают сплавлением смеси соды, глинозема и кремнезема. Природный нефелин используют в каче­стве заменителя щелочей при изготовлении бутылочного стекла, частично в качестве плавня в составе керамических масс и для получения Аl2Оз в алюминиевом производстве.

Альбит Na[AlSi3O8] или Na2О . Аl2О3 . 6SiO2. Строение природного альбита кристаллическое. Обычно он белый или бесцветный, иногда окрашен растворенными в нем примесями в светлые, розо­ватые и желтоватые тона. Пл. 2,26 г/см3, твердость 6, т. пл. 1120— 1220° С. Расплавленный альбит при охлаждении превращается в бесцветное прозрачное стекло. В холодной воде почти нераство­рим. Горячая вода под давлением разлагает его. Полученный раствор имеет щелочную реакцию. Щелочи растворяют альбит при нагревании. Серная и соляная кислоты на него не действуют.

Искусственный альбит получают при длительном нагревании до темно-красного каления тонкоизмельченной смеси, состоящей из Al203, 4SiO2 и вольфрамата или ванадата натрия.

При выветривании и каолинизации альбит превращается в каолинит. Альбит используется в керамике в качестве плавня.

С анортитом образует непрерывный изоморфный ряд Nа[А12Si2О8]— Са[А12Si2О8] плагиоклазов, кристаллизующихся в триклинной си­стеме. К разновидностям плагиоклазов относятся: а) лунный ка­мень, обладающий нежно-синеватым отливом; б) авантюрин иск­ристо-золотистого отлива, обусловленного включениями чешуйча­того железного блеска; в) лабродор, обнаруживающий красивый переливающийся отсвет в сине-зеленоватых отливах. Твердость плагиоклазов колеблется в пределах 6—6,5, пл. 2,61—2,76 г/см3.

Из алюмосиликатов калия довольно широко распространен в природе калиевый нефелин K2O . Al2O3 . 2SiO2, лейцит К2О . Al2O3 . 4SiO2, а также ортоклаз и микроклин, химический состав которых K2O . Al2O3 . 6Si02. Калиевый нефелин подобен натриево­му, его структура К[А1SiO4]. С натриевым нефелином при высо­ких температурах образует непрерывный ряд твердых растворов Na[AlSiO4] — K[AlSiO4]. Кристаллизуется в гексагональной системе.

Лейцит K2O . Al2O3 . 4SiO2, структура K[AlSi2O6]. Существует в α- и β-модификациях. При низких температурах устойчива β-модификация. Это минерал серого цвета, очень хрупкий, со стеклянным блеском; твердость 5,5—6, пл. 2,47 г/см3. Легко выветри­вается, соляной кислотой разлагается с выделением SiO2.

α-Лейцит плавится при 1300—1430° С. Колебания в темпера­туре плавления зависят от примесей. В почвах, реагируя с натрийсодержащими растворами, лейцит превращается в анальцим. Образующиеся при этом калийные соединения способствуют по­вышению плодородия почв.

Ортоклаз — полевошпатовый минерал каркасной структуры. Химический состав его K2O . Al2О3 . 6SiO2, структура K[AlSi308]. Кристаллизуется в моноклинной системе, окрашен в различные тона от чисто-белого до кроваво-красного или кирпично-красного; пл. 2,54—2,56 г/см3, твердость 6, т. пл. 1200—1530° С. Расплавлен­ный, а затем быстро охлажденный ортоклаз образует стекло. В тонкоизмельченном виде при 200—350° С под давлением частич­но разлагается водой. Более интенсивно разлагается в водных растворах диоксидом углерода. Ортоклаз частично разлагается в едких щелочах, карбонатах и в растворах некоторых других со­лей. В кислотах практически нерастворим, за исключением фто­ристоводородной кислоты, которая его разлагает. При выветри­вании и каолинизации превращается в каолинит.

Микроклин по составу тождествен ортоклазу, кристаллизуется в триклинической системе. Структура его K[AlSi308], окраска та же, что и у ортоклаза; блеск стеклянный; твердость 6—6,5, пл. 2,54—2,57 г/см3. Входит как составная часть в калийнатриевые полевые шпаты и пегматиты. Микроклин, как и ортоклаз, исполь­зуется в стекольной промышленности в качестве заменителя щелочей и главным образом в тонкой керамике в качестве плавней.

Из алюмосиликатов щелочноземельных металлов широко при­меняются алюмосиликаты кальция. Больше всего применяется анортит, или алюмобисиликат кальция, СаО . А12О3 . 2SiO2, а за тем геленит, или двухкальциевый алюмосиликат, 2СаО . А12О3 . SiO2.

Анортит относится к полевошпатовой группе минералов. Структура его Ca[Al2Si2O8]. Может быть получен искусственно. Иногда выкристаллизовывается в виде игольчатых кристаллов в огнеупорной футеровке стекловаренных печей. Окраска светлая, блеск стеклянный; пл. 2,736 — 2,758 г/см3, твердость 6, т, пл. синте­тического анортита 1550° С. Природный минерал из-за примесей плавится при более низких температурах.

Горячая вода частично разлагает анортит. В растворах кар­бонатов он образует алюмобисиликат натрия и карбонат каль­ция, а в кислотах выделяет водный кремнезем. При выветрива­нии, каолинизации превращается в каолинит и гидрокарбонат кальция. Использование анортита в промышленности то же, что и других полевошпатовых минералов.

Геленит 2CaO . Al2О3 . SiO2 в природе встречается преимущест­венно в известняках, а искусственно образуется в доменных шла­ках и цементных клинкерах. В клинкерах он балласт, так как гидравлическими свойствами не обладает. Разлагается соляной кислотой, образуя хлориды кальция и алюминия и выделяя гель n SiO2. m H2O

Из рассмотренных алюмосиликатов щелочных и щелочнозе­ме


Поделиться с друзьями:

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...

История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...

Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.071 с.