Эттрингит
| Эттрингит | |
|---|---|
 Эттрингит, марганцевые месторождения Калахари, Северо-Капская провинция , ЮАР. | |
| Общий | |
| Категория | Сульфатные минералы |
| Формула (повторяющаяся единица) | Ca 6 Al 2 (SO 4 ) 3 (OH) 12 ·26H 2 O |
| Имеет символ IMA. | А [1] |
| Классификация Штрунца | 7.ДГ.15 |
| Кристаллическая система | Треугольный |
| Кристаллический класс | Ditrigonal pyramidal (3m) H-M symbol : (3m) |
| Космическая группа | П 31с |
| Элементарная ячейка | а = 11,23, с = 21,44 [Å]; Z = 2 |
| Идентификация | |
| Цвет | Бесцветный, бледно-желтый, молочно-белый |
| Кристальная привычка | Игольчатый рост, исчерченные призматические кристаллы; волокнистый до хлопкоподобного |
| Расщепление | Идеально подходит для {10 1 0} |
| шкала Мооса твердость | 2–2.5 |
| Блеск | стекловидное тело |
| Полоса | Белый |
| прозрачность | От прозрачного до непрозрачного |
| Удельный вес | 1.77 |
| Оптические свойства | Одноосный (-) |
| Показатель преломления | n ω = 1,491, n ε = 1,470 |
| Двойное лучепреломление | δ = 0,021 |
| Ультрафиолетовая флуоресценция | Нефлуоресцентный |
| Растворимость | Частично растворим в воде |
| Изменяется на | Частично обезвоживается под воздействием атмосферы, становится непрозрачным. |
| Ссылки | [2] [3] [4] |
Эттрингит – это гидросульфат и алюминия кальция , формула: Са 6 Al 2 (SO 4 ) 3 (OH) 12 ·26H 2 O . Это бесцветный или желтый минерал, кристаллизующийся в тригональной системе . Призматические кристаллы обычно бесцветны и при частичном обезвоживании становятся белыми. [3] [4] Он входит в группу эттрингита, в которую входят другие сульфаты, такие как таумазит и бенторит . [5]
Открытие и возникновение
[ редактировать ]
Эттрингит впервые описал в 1874 году Дж. Леманн , [6] за возникновение возле вулкана Эттрингер Беллерберг , Эттринген , Рейнланд-Пфальц , Германия . [3] [4] Встречается в метаморфически измененных известняках, примыкающих к магматическим интрузивным породам или в ксенолитах . Он также встречается в виде корок выветривания на ларните в формации Хатрурим в Израиле . [3] Он встречается в сочетании с портландитом , афвиллитом и гидрокалумитом в Скаут-Хилл , Ирландия , а также с афвиллитом, гидрокалумитом, майенитом и гипсом в формации Хатрурим. [3] Об этом также сообщалось из карьера Цайльберг, Марольдсвайзах , Бавария ; в Буассежуре , недалеко от Клермон-Феррана, Пюи-де-Дом , Овернь , Франция ; рудник Н'Чванинг, округ Куруман, Капская провинция , ЮАР ; в США проявления обнаружены в спуррит -мервинит- геленитовом скарне на уровне 910 карьера Коммерческий, Крестмор, округ Риверсайд, Калифорния. [7] и в шахте Лаки Касс, Надгробие, Аризона . [3] [4]
Эттрингит также иногда называют в древней французской литературе солью Кандело или солью Кандлота. [8]
Встречаемость в цементе
[ редактировать ]
В химии бетона эттрингит представляет собой гидрат трисульфата алюмината гексакальция общей формулы, если его называть оксидами:
- 6CaO Al 2 O 3 3SO 3 32H 2 O
или
- 3CaO Al 2 O 3 3CaSO 4 32H 2 O .
Эттрингит образуется в системе гидратированного портландцемента в результате реакции трехкальциевого алюмината ( C
3А ) с сульфатом кальция , которые присутствуют в портландцементе. [9]
- C 3 A + 3 CaSO 4 → эттрингит
Добавление гипса ( CaSO 4 ·2H 2 O ) для клинкера в процессе измельчения с получением измельченного порошка портландцемента необходимо во избежание мгновенного схватывания бетона при его ранней гидратации. Действительно, трехкальциевый алюминат ( C
3 А ) является наиболее реакционноспособной фазой из четырех основных минеральных фаз, присутствующих в портландцементе ( С 3 С , С 2 С , С 3 А и С 4 АФ ). Гидратация C 3 A очень экзотермична и происходит очень быстро в свежей бетонной смеси, поскольку температура быстро возрастает по мере развития реакции гидратации. Эффект добавления гипса заключается в содействии образованию тонкой непроницаемой пленки эттрингита на поверхности C.
3 А , пассивируя их поверхность и тем самым замедляя их гидратацию. [10] Добавление гипса в портландцемент необходимо для контроля схватывания бетона. [10]
Эттрингит, наиболее яркий представитель фаз AFt или ( Al 2 O 3 - Fe 2 O 3 - три ), также можно синтезировать в водном растворе путем взаимодействия стехиометрических количеств оксида кальция , оксида алюминия и сульфата.
В цементной системе наличие эттрингита зависит от соотношения сульфата кальция и триалюмината кальция ( С 3 А ); когда это соотношение низкое, эттрингит образуется во время ранней гидратации, а затем превращается в моносульфат алюмината кальция ( фазы AFm или ( Al 2 O 3 − Fe 2 O 3 − моно )). Когда соотношение промежуточное, только часть эттрингита превращается в AFm, и оба могут сосуществовать, тогда как эттрингит вряд ли превратится в AFm при высоких соотношениях.
Следующие стандартные сокращения используются для обозначения различных оксидных фаз в обозначениях химиков-цементистов (CCN): [11]
|
|
Фазы AFt и AFm
[ редактировать ]- AFt : аббревиатура от «оксид алюминия, оксид железа , тризамещенный» или ( Ал 2 О 3 - Fe 2 О 3 - три ). Он представляет собой группу гидратов алюмината кальция. AFt имеет общую формулу [Ca
3 (Ал, Фе)(ОН)
6 •12H
2О ]
2 •X
3 •nH
2 O , где X представляет собой двухзарядный анион, а иногда и два однозарядных аниона. Эттрингит является наиболее распространенным и выдающимся членом группы AFt (X в данном случае обозначает сульфат), и его часто называют просто трисульфатом феррита алюминия (AFt). - AFm : аббревиатура от «оксид алюминия, оксид железа, монозамещенный» или ( Al 2 O 3 - Fe 2 O 3 - моно ). Он представляет собой еще одну группу гидратов алюмината кальция с общей формулой [Ca
2 (Ал, Фе)(ОН)
6 ]
2 •X•nH
2 O , где X представляет собой однозарядный анион или «половину» двухзарядного аниона. X может быть одним из многих анионов. Наиболее важными анионами, участвующими в гидратации портландцемента, являются гидроксил ( ОЙ − ), сульфат ( SO 2− 4 ) и карбонат ( СО 2- 3 ).
Структура
[ редактировать ]
Минерал эттрингит имеет структуру, которая проходит параллельно оси c – оси иглы – в середине этих двух лежат сульфат-ионы и Молекулы H 2 O , пространственная группа P31c. Кристаллическая система эттрингита тригональная , кристаллы удлиненные, игольчатой формы, часто встречается беспорядок или заплетение, что влияет на межколонный материал. [12] исследование рентгеновской дифракции Первое кристаллографическое было проведено Баннистером, Хей и Берналом (1936), которые обнаружили, что элементарная кристаллическая ячейка имеет гексагональную форму с a = 11,26 и c = 21,48 с пространственной группой P6.
3 /mmc и Z = 2, где Z — количество формульных единиц в элементарной ячейке. На основании наблюдений за обезвоживанием и химических формул были сделаны предположения о том, что структура состоит из Ca. 2+
и Al(OH) 3−
6 , были между ними лежат ТАК 2−
4 иона и H 2 O. Молекулы Последовали дальнейшие рентгеновские исследования; а именно Wellin (1956), который определил кристаллическую структуру таумазита , и Besjak и Jelenic (1966), которые дали подтверждение структурной природы эттрингита. [12]
Образец эттрингита, добытый из Скаут-Хилла , был проанализирован К. Э. Тилли , кристалл имел размеры 1,1 × 0,8 × 0,5 мм , удельный вес 1,772 ± 0,002 , имел пять граней призмы формы m {10 1 0} и небольшую грань a { 11 2 0}, без пирамидальных и базальных граней. При дифракции рентгеновских лучей диаграмма Лауэ вдоль оси c выявила шестиугольную ось с вертикальными плоскостями симметрии. Это исследование показало, что структура имеет гексагональную , а не ромбоэдрическую решетку. [13] Дальнейшие исследования, проведенные на синтетическом эттрингите с использованием рентгеновских лучей и порошковой дифракции, подтвердили ранее сделанные предположения и анализы. [14]
Анализируя строение как эттрингита, так и таумазита, было установлено, что оба минерала имеют гексагональную структуру, но разные пространственные группы.
Кристаллы эттрингита имеют P31c с a = 11,224 Å, c = 21,108 Å, тогда как кристаллы таумазита попадают в пространственную группу P6 3 с a = 11,04 Å, c = 10,39 Å. Хотя эти два минерала образуют твердый раствор , разница в пространственных группах приводит к к разрывам параметров элементарной ячейки. Различия между структурами эттрингита и таумазита возникают из-за столбцов катионов и анионов. Катионные столбцы эттрингита состоят из Са 3 [Al(OH) 6 ·12H 2 O] 3+ , которые идут параллельно оси c , а остальные столбцы сульфат-анионов и молекул воды в каналах, параллельных этим столбцам. Напротив, таумасит, содержащий гексакоординированный кремниевый комплекс Si(OH) 2–
6 (редкая октаэдрическая конфигурация для Si) состоит из цилиндрической колонны из Са 3 [Si(OH) 6 ·12H 2 O] 4+ по оси c — сульфат- и карбонат-анионы в каналах между этими колоннами, которые также содержат молекулы воды. [15]
Дальнейшие исследования
[ редактировать ]Продолжающиеся исследования минералов эттрингита и цементной фазы проводятся с целью найти новые способы иммобилизации токсичных анионов (например, бората , селената и арсената ) и тяжелых металлов , чтобы избежать их рассеивания в почвах и окружающей среде; этого можно достичь, используя соответствующие цементные фазы, кристаллическая решетка которых может вместить эти элементы. Например, иммобилизация меди при высоком pH может быть достигнута за счет образования CSH /CAH и эттрингита. [16] Кристаллическая структура эттрингита Ca 6 Al 2 (SO 4 ) 3 (OH) 12 ·26H 2 O может включать в себя множество двухвалентных ионов: Cu 2+ , Пб 2+ , компакт-диск 2+ и цинк 2+ , который может заменить Ca 2+ . [16]
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уорр, Л.Н. (2021). «Утвержденные IMA–CNMNC символы минералов» . Минералогический журнал . 85 (3): 291–320. Бибкод : 2021MinM...85..291W . дои : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID 235729616 .
- ^ Данные об эттрингите, Webmineral
- ^ Jump up to: а б с д и ж Эттрингит в Справочнике по минералогии
- ^ Jump up to: а б с д Эттрингит . Mindat.org
- ^ Группа эттрингита . Mindat.org
- ^ Леманн, Дж. (1874). Об эттрингите, новом минерале во включениях известняка в лаве Эттрингена (район Лаахер). Н. Джб. Минерал. Геол. Палеонт., 273–275.
- ^ Карпентер, AB (1963). Ориентированные разрастания таумазита на эттрингите. Являюсь. Минерал. 48
- ^ Тьери, Винсент; Рика, Брунильда (2021). «Пояснение минералов 59: Эттрингит» . Геология сегодня . 37 (2): 70–76. дои : 10.1111/gto.12346 . ISSN 1365-2451 . S2CID 233817487 . Проверено 06 апреля 2023 г.
- ^ Мерлини, Марко; Артиоли, Жилберто; Черулли, Тициан; Селла, Фьоренца; Браво, Анна (2008). «Гидратация трикальцийалюмината в аддитивных системах. Кристаллографическое исследование с помощью SR-XRPD». Исследования цемента и бетона . 38 (4). Эльзевир: 477–486. doi : 10.1016/j.cemconres.2007.11.011 .
- ^ Jump up to: а б Дивет, Лоик (2000). «Состояние знаний о возможных причинах сульфатных реакций внутри бетона» ( PDF) . Бюллетень связи лабораторий мостов и дорог . 227 :71–84.
- ^ Базант, З.П.; Виттманн, Ф.Х. (1982). Ползучесть и усадка бетонных конструкций . Джон Уайли и сыновья. ISBN 0-471-10409-4 .
- ^ Jump up to: а б Мур, А.Е.; Тейлор, HFW (1970). «Кристаллическая структура эттрингита». Acta Crystallographica Раздел B. 26 (4): 386–393. дои : 10.1107/S0567740870002443 . S2CID 4188234 .
- ^ Баннистер, ФА (1935). «Эттрингит из Скаут-Хилл, графство Антрим» (PDF) . Минералогический журнал . 24 (153): 324–329. дои : 10.1180/minmag.1936.024.153.05 .
- ^ Гетц-Нойнхёффер, Ф. и Нойбауэр, Дж. (2006). Очищенная структура эттрингита (Ca 6 Al 2 (SO 4 ) 3 (OH) 12 ·26H 2 O) для количественного рентгеноструктурного анализа. Порошковая дифракция 21 , 4–11.
- ^ Рэйчел Л. Норман, Сандра Э. Данн, Саймон К. Хогг, Кэролайн А. Кирк. (2013). Синтез и структурная характеристика новых фаз типа эттрингита и таумазита: Ca 6 [Ga(OH) 6 ·12H 2 O] 2 (SO 4 ) 3 ·2H 2 O и Ca 6 [M(OH) 6 ·12H 2 O] 2 (SO 4 ) 2 (CO 3 ) 2 , М = Mn, Sn. Науки о твердом теле 25.
- ^ Jump up to: а б Мун Д.Х., Пак Дж.В., Чеонг К.Х., Хён С., Кутсоспирос А., Пак Дж.Х., Ок Ю.С. (2013). Стабилизация загрязненного свинцом и медью грунта на полигоне с использованием прокаленных раковин устриц и летучей золы, Environ Geochem Health 35.