Различия в минеральном составе бентонитов и в структурных и кристаллохимических особенностях породообразующего монтмориллонита порождают различия и в физических свойствах бентонитов разных природных месторождений. При всех различиях именно монтмориллонит (Al₂O₃^.4SiO₂^. H₂O) является основой всех бентонитов.

Минерал монтмориллонит впервые был обнаружен в 30-х годах XX века в окрестностях города Монтмориллон, Франция, с чем и связано название минерала. Впоследствии выяснилось, что минералы монтмориллонитовой группы (смектилы) имеются и в других странах Земного шара, а при содержании 85-90 % и выше монтмориллонита обладают практически всеми свойствами наноразмерных частиц, чего нельзя сказать об этих же глинах с содержанием порядка 70-75 % монтмориллонита. Породы, содержащие менее 70 % монтмориллонита, принято считать монтмориллонит содержащими или бентонитоподобными [1].

В основе строения монтмориллонитовых глинистых минералов две структурные единицы:

октаэдрическая сетки металлоксидов и сетка кремнекислородных тетраэдров (рис.1).

Рис.1. Структурные единицы строения глинистых минералов на основе монтмориллонита 1 - октаэдрическая сетка; 2 - сетка кремнекислородных тетраэдров

В первой структуре атомы алюминия, магния или железа равноудалены от шести атомов кислорода или гидроксилов. Во второй структуре в каждом тетраэдре атом кремния одинаково удален от четырех атомов кислорода. Переплетаясь сложным образом, обе структурные единицы образуют единую структуру монтмориллонита (рис.2).

Рис.2. Структура частиц монтмориллонитовой глины

Как видно на рис.2, в структуре монтмориллонита имеется межслоевое пространство, в котором сосредоточены обменные катионы, что является физической и физико-химической основой сорбционной активности бентонитовых глинистых пород [2-4].

Чем больше в породе монтмориллонита, тем выше ее дисперсность. В качестве примесей монтмориллонитовая структура содержит смешанные минералы и гидрослюду, каолинит, цеолиты, полевой шпат (табл.1).

Таблица 1. Типичный минеральный состав бентонитов различного происхождения

Из табл.1 следует, что наименьшее содержание монтмориллонита у терригенно-колоидно-осадочной породы, также у вулканогенно-осадочной породы. Эти породы, строго говоря, следовало бы называть бентонитоподобными, а не бентонитами.

Плотность бентонитов изменяется составляет от 2,66 до 2,84 г/см3, постепенно увеличиваясь от гидротермально-метасоматических до элювиальных, что связано с увеличением содержания железа.

По гранулярному составу основная масса бентонитов в разных регионах состоит из мелкопелитовых (обломочных) частиц. Средневзвешенное содержание их постепенно уменьшается от бентонитов гидротермального к элювиальному типам (табл.2).

Таблица 2. Физические свойства бентонитов

Так, более тонкодисперсными месторождения с наибольшим содержанием мелкопеллитовых частиц являются гидротермальные или гидротермально-метасоматические, а наименьшим - элювиальные бентониты. Содержание предколлоидных и коллоидных частиц, в общем, подчеркивает отмеченную закономерность - уменьшение содержания их в бентонитах названных генетических типов. Наиболее качественные бентониты натриевого, щелочного и смешанного состава, по сравнению со щелочноземельными, содержат в 1,5 раза больше коллоидных частиц. Алевритовые зерна в среднем для всех типов бентонитов не превышают 15 %, а песчаные - 4 % массы породы. Это позволяет отнести бентониты к слабоалевритовым и тонкодисперсным природным материалам [5].

Пористость различных в генетическом отношении бентонитов неодинакова. Она отображает колебания гранулярного и минерального составов пород. Там, где больше содержится мелкопелитовых частиц, всегда больше породообразующего монтмориллонита, и в соответствии с этим изменяется пористость (табл.2). В рассматриваемом случае наибольшая пористость присуща элювиальным бентонитам. Близкими значениями пористости характеризуются осадочные и вулканогенно-осадочные бентониты. Гидротермальные бентониты обладают сопоставимой пористостью с осадочными бентонитами.

Важной характеристикой бентонитов является набухаемость, основанная на том, что кристаллическая решетка монтмориллонита проявляет способность к расширению в присутствии жидкости. Наибольшее значение набухаемости характерно для гидротермальных бентонитов, наименьшее для элювиальных (табл.2). Набухаемость напрямую связана со способностью порошкообразного минерала поглощать жидкие среды, то есть сорбировать жидкие продукты.

Высокие емкостные и сорбционные свойства смектитов определяются очень большой дисперсностью и дефективностью структуры, увеличивающей эффект дисперсности за счет возрастания количества активных центров.

Монтмориллонит относится классу слоистых силикатов с расширяющейся структурной ячейкой и имеет первичные плоскопараллельные поры переменной толщины порядка 0,1-0,8 нм. Кристаллиты монтмориллонита характеризуются вторичными мезопорами размером 7-30 нм. Конкретный размер этих пор зависит от вида сорбируемого вещества и условий сорбции.

Таким образом, минералы группы монтмориллонитов - бентониты представляют большой научный и практический интерес по их дальнейшему исследованию и практическому использованию с целью сбора проливов на территориях перекачивания и хранения нефтепродуктов.

бентонит сорбционное свойство нефтепродукт

Литература

1. Кирсанов Н.В., Ратеев М.А., Сабитов А.А. Генетические типы и закономерности распространения месторождений бентонитов в СССР // М.: Недра, 1981, 214 с.

2. Корнев В.А., Рыбаков Ю.Н., Чириков С.И. Сравнительная оценка структуры частиц и адсорбционных свойств шунгита и бентонита // Вестник науки и образования, 2015, № 9 (11), с. 20-23.3 Корнев В.А., Рыбаков Ю.Н. Минеральные порошкообразные сорбенты типа бентонита для устранения разливов жидких нефтепродуктов в зонах перекачивания и хранения топлива // Проблемы современной науки и образования, 2015, № 12 (42), с.79-83.

3. Корнев В.А., Рыбаков Ю.Н. Природные минеральные сорбенты типа шунгита и бентонита для сбора проливов в зонах перекачивания и хранения нефтепродуктов // Сборник статей XLI Международной научно-практической конференции "Научная дискуссия: вопросы технических наук", М., Изд. "Интернаука", 2015, № 12 (30), с.115-121.

4. Осипов В.И., Соколова В.Н., Румянцева Н.А. Микроструктура глинистых пород // М.: Недра, 1989, 211 с.

Размещено на Allbest.ru