Волластонит
| Волластонит | |
|---|---|
 | |
| Общий | |
| Категория | Иносиликатный минерал |
| Формула (повторяющаяся единица) | Метасиликат кальция, CaSiO 3 |
| Имеет символ IMA. | Где [1] |
| Классификация Штрунца | 9.ДГ.05 |
| Кристаллическая система | Триклиника Моноклинный политип существует |
| Кристаллический класс | Пинакоидальный ( 1 ) (тот же символ HM ) |
| Космическая группа | П 1 (Триклиника) П 2 1 / а (Моноклиническая) |
| Элементарная ячейка | а = 7,925 Å , b = 7,32 Å, в = 7,065 Å; α = 90,055°, β = 95,217°, γ = 103,42°; З = 6 |
| Идентификация | |
| Формула массы | 116,159 г/моль |
| Цвет | Белый, бесцветный или серый |
| Кристальная привычка | Редко таблитчатые кристаллы, обычно массивные, в пластинчатых, радиально расположенных, компактных и волокнистых агрегатах. |
| Твиннинг | Общий |
| Расщепление | Идеален в двух направлениях под углом около 90°. |
| Перелом | Занозистый до неровный |
| шкала Мооса твердость | от 4,5 до 5,0 |
| Блеск | Стекловидное тело или матовое или перламутровое на поверхностях спайности. |
| Полоса | Белый |
| прозрачность | От прозрачного до полупрозрачного |
| Удельный вес | 2.86–3.09 |
| Оптические свойства | Двухосный (-) |
| Показатель преломления | п α = 1,616–1,640 n β = 1,628–1,650 n γ = 1,631–1,653 |
| Двойное лучепреломление | δ = 0,015 макс. |
| угол 2В | Измерено: от 36° до 60° |
| Температура плавления | 1540 °С |
| Растворимость | Растворим в HCl, нерастворим в воде. |
| Другие характеристики | Теплота образования (@298): −89,61 кДж Свободная энергия Гиббса: 41,78 кДж. |
| Ссылки | [2] [3] [4] [5] [6] |
Волластонит кальция – это минерал иносиликат ( Ca Si O 3 ), который может содержать небольшое количество железа , магния и марганца , заменяющих кальций. Обычно он белый. Он образуется, когда нечистый известняк или доломит подвергается воздействию высокой температуры и давления, что иногда происходит в присутствии кремнеземсодержащих флюидов, как в скарнах. [7] или в контакте с метаморфическими породами . Сопутствующие минералы включают гранаты , везувиан , диопсид , тремолит , эпидот , плагиоклаз, полевой шпат , пироксен и кальцит . Назван в честь английского химика и минералога Уильяма Хайда Волластона (1766–1828).
Несмотря на химическое сходство со спектром состава минералов пироксеновой группы, где замещение кальция магнием (Mg) и железом (Fe) заканчивается диопсидом и геденбергитом соответственно, он структурно очень отличается, с третьим SiO 4− 4 тетраэдр [8] в связанной цепи (в отличие от двух у пироксенов).
Тенденции производства
[ редактировать ]
Предполагаемая мировая добыча сырой волластонитовой руды в 2021 году составила 1 200 000 тонн . Мировые запасы волластонита, по оценкам, превысят 100 миллионов тонн, хотя некоторые существующие месторождения не исследованы.
Основными производителями волластонита являются Китай, Индия, США, Мексика и Финляндия. [9]
В Соединенных Штатах волластонит добывается в Уиллсборо, штат Нью-Йорк (первая лаборатория для местных исследований волластонита была открыта в Эссексе, штат Нью-Йорк, Кертом Бернхэмом в 1940-х годах. Первоначальное здание лаборатории до сих пор существует как жилое и коммерческое здание) и Гувернере, Нью-Йорк . Месторождения также разрабатывались в коммерческих целях на северо-западе Мексики . [10]
Цена на сырой волластонит в 2008 году варьировалась от 80 до 500 долларов США за тонну в зависимости от страны, а также размера и формы частиц порошка. [10]
Использование
[ редактировать ]Волластонит является одним из самых быстро реагирующих силикатов, но может иметь высокие затраты, связанные с хранением углерода. [11] Добавление волластонита в почву стимулирует минерализацию органического углерода. [12]
Керамика
[ редактировать ]Волластонит имеет промышленное значение в производстве керамики в качестве добавки. [13]
В керамике волластонит уменьшает усадку и выделение газа во время обжига , увеличивает прочность в сыром виде и при обжиге, сохраняет яркость во время обжига, обеспечивает быстрый обжиг и уменьшает образование трещин, растрескивание и дефекты глазури. [ нужна ссылка ]
Строительство
[ редактировать ]Волластонит может служить заменителем асбеста в напольной плитке, фрикционных изделиях, изоляционных плитах и панелях, краске, пластмассах и кровельных изделиях. Подобно асбесту, волластонит устойчив к химическому воздействию, стабилен при высоких температурах и улучшает прочность композитов на изгиб и растяжение. [10] В некоторых отраслях промышленности волластонит используется с различным процентным содержанием примесей, например, при изготовлении изоляции из минеральной ваты или в качестве декоративного строительного материала. [14] Волластонит используется в цементе, анонсированном в 2019 году, который «снижает общий углеродный след в сборном железобетоне на 70%. [15]
Волластонит изучали на минерализацию углерода для хранения диоксида углерода (CO 2 ) по следующей реакции: [16]
Металлургия
[ редактировать ]В металлургии волластонит служит флюсом для сварки, источником оксида кальция, кондиционером шлака, а также для защиты поверхности расплавленного металла при непрерывной разливке стали. [ нужна ссылка ]
Краска
[ редактировать ]В качестве добавки в краску волластонит повышает долговечность лакокрасочной пленки, действует как буфер pH , повышает ее устойчивость к атмосферным воздействиям, уменьшает блеск, снижает расход пигмента, а также действует как выравнивающий и суспендирующий агент. [ нужна ссылка ]
Пластик
[ редактировать ]В пластмассах волластонит повышает прочность на растяжение и изгиб , снижает расход смолы и улучшает термическую и размерную стабильность при повышенных температурах. Обработка поверхности используется для улучшения адгезии между волластонитом и полимерами, к которым он добавлен. [ нужна ссылка ]
По оценкам, в 2009 году на долю пластмасс и резины приходилось от 25% до 35% продаж в США, за ними следовала керамика с 20% до 25%; краска – 10–15 %; металлургическое применение - от 10% до 15%; продукты трения - от 10% до 15%; и прочее, от 10% до 15%. Керамические изделия, вероятно, составляют от 30% до 40% продаж волластонита во всем мире, за ними следуют полимеры (пластики и резина) с 30% до 35% продаж и краски с 10% до 15% продаж. Остальные продажи пришлись на строительство, фрикционную продукцию и металлургическое применение. [ нужна ссылка ]
Заменители
[ редактировать ]
Игольчатый полиэтилен волластонита позволяет им конкурировать с другими игольчатыми материалами, такими как керамическое волокно, стекловолокно, стальное волокно и некоторыми органическими волокнами, такими как арамид , характер многих изделий из , полипропилен и политетрафторэтилен , в продуктах, где улучшение стабильности размеров, Ищем модуль упругости при изгибе и тепловое отклонение.
Волластонит также конкурирует с некоторыми неволокнистыми минералами или горными породами, такими как каолин , слюда и тальк , которые добавляются в пластмассы для увеличения прочности на изгиб, а также с такими минералами, как барит, карбонат кальция, гипс и тальк, которые придают пластмассам стабильность размеров.
В керамике волластонит конкурирует с карбонатами, полевым шпатом , известью и кремнеземом как источник кальция и кремния. Его использование в керамике зависит от рецептуры керамического тела и метода обжига. [9]
Состав
[ редактировать ]В чистом CaSiO 3 каждый компонент составляет почти половину массы минерала: 48,3 % CaO и 51,7 % SiO 2 . В некоторых случаях небольшие количества железа (Fe), марганца (Mn) и меньшие количества магния (Mg) заменяют кальций (Ca) в формуле минерала ( например , родонита ). [14] Волластонит может образовывать ряд твердых растворов в системе CaSiO 3 -FeSiO 3 или гидротермальный синтез фаз в системе MnSiO 3 -CaSiO 3 . [13]
Геологическое проявление
[ редактировать ]
Волластонит обычно встречается как обычный компонент термически метаморфизованного нечистого известняка , он также может возникать, когда кремний возникает в результате метаморфизма в контактно-измененных известняковых отложениях или в результате загрязнения во вторгающихся магматических породах . В большинстве случаев это результат следующей реакции между кальцитом и кремнеземом с потерей углекислого газа : [13]
- CaCO 3 + SiO 2 → CaSiO 3 + CO 2
Волластонит также может образовываться в результате реакции диффузии в скарне . Он развивается, когда известняк внутри песчаника метаморфизуется дайкой , что приводит к образованию волластонита в песчанике в результате миграции Ca наружу. [13]
Структура
[ редактировать ]
Волластонит кристаллизуется триклинически в пространственной группе P 1 с константами решетки a = 7,94 Å , b = 7,32 Å, c = 7,07 Å; α = 90,03°, β = 95,37°, γ = 103,43° и шесть формульных единиц на элементарную ячейку . [17] Волластонит когда-то структурно относили к группе пироксенов, поскольку обе эти группы имеют соотношение Si:O = 1:3. В 1931 году Уоррен и Биско показали, что кристаллическая структура волластонита отличается от минералов группы пироксена, и отнесли этот минерал к группе, известной как пироксеноиды . [13] Было показано, что пироксеноидные цепи более извилисты, чем цепи пироксеновой группы, и имеют большее расстояние между повторами. Структура волластонита содержит бесконечные цепочки тетраэдров [SiO 4 ], имеющих общие вершины, идущие параллельно оси b . Цепной мотив в волластоните повторяется после трех тетраэдров, тогда как в пироксенах необходимо только два. Расстояние повторов в цепочках волластонита составляет 7,32 Å и равно длине кристаллографической оси b .
Расплавленный CaSiO 3 сохраняет тетраэдрическую локальную структуру SiO 4 при температуре до 2000 °С. [18] Координация ближайшего соседа Ca-O уменьшается с 6,0 (2) в стекле при комнатной температуре до 5,0 (2) в жидкости при 1700 ° C, что совпадает с увеличением числа более длинных соседей Ca-O. [19] [20]
См. также
[ редактировать ]- Энстатит – пироксен: силикат магния и железа с MgSiO 3 и FeSiO 3. концевыми членами
- Список минералов
- Список минералов, названных в честь людей
Ссылки
[ редактировать ]
В этой статье использованы общедоступные материалы из Волластонит . Геологическая служба США .
- ^ 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 .
- ^ Волластонит , Миндат
- ^ Волластонит , Вебминерал
- ^ Волластонит , Справочник по минералогии
- ^ Американский минералог, т. 79, стр. 134–144, 1994 г.
- ^ Вирта, Роберт; Ван Гозен, Брэд (27 января 2015 г.). «Минеральный ресурс месяца: волластонит» . Журнал «Земля» . Американский институт геонаук.
- ^ Уитли, Шон; Халама, Ральф; Гертиссер, Ральф; Прис, Кэти; Диган, Фрэнсис М.; Тролль, Валентин Р. (18 октября 2020 г.). «Магматические и метасоматические эффекты взаимодействия магмы и карбоната, зафиксированные в известково-силикатных ксенолитах вулкана Мерапи (Индонезия)» . Журнал петрологии . 61 (4). doi : 10.1093/petrology/egaa048 . ISSN 0022-3530 .
- ^ Уильям Александр Дир; Роберт Эндрю Хоуи; Дж. Зуссман (1992). Знакомство с породообразующими минералами . Лонгман научно-технический. ISBN 978-0-470-21809-9 .
- ^ Перейти обратно: а б Волластонит , обзор минеральных товаров на 2021 год
- ^ Перейти обратно: а б с Роберт Л. Вирта Волластонит , Ежегодник минералов Геологической службы США за 2009 г. (октябрь 2010 г.)
- ^ Национальные академии наук, техники и медицины (2019 г.). «Глава 6. Углеродная минерализация CO 2 ». Технологии отрицательных выбросов и надежная секвестрация: программа исследований (отчет). Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои : 10.17226/25259 . ISBN 978-0-309-48452-7 .
{{cite report}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Синь; Чэнь, Лунчи; Чжан, Вэйдун; Силун (2023). Ян, Юнсюэ, Сяохан; Чжан, Янькуань; Гуань , типам землепользования в субтропическом Китае» Bibcode минерализацию органического углерода в почве « Стимулирует . : 2023Caten.22507031Y doi данные : 10.1016 /j.catena.2023.107031 . 12 по :
- ^ Перейти обратно: а б с д и Дир, Хауи и Цуссман. Породообразующие минералы; Одноцепочечные силикаты , Vol. 2А, второе издание, Лондон, Геологическое общество, 1997.
- ^ Перейти обратно: а б Эндрюс, RW (1970). Волластонит . Лондон, Канцелярия Ее Величества.
- ^ Альтер, Ллойд (15 августа 2019 г.). «LafargeHolcim продает цемент, поглощающий CO2 , для сборного железобетона, который снижает выбросы на 70 процентов» . ДревоХаггер . Проверено 17 августа 2019 г.
- ^ Хак Ф., Сантос Р.М., Дутта А., Тимманагари М., Чанг Ю.В. (январь 2019 г.). «Сопутствующие преимущества выветривания волластонита в сельском хозяйстве: связывание CO2 и стимулирование роста растений» . АСУ Омега . 4 (1): 1425–1433. дои : 10.1021/acsomega.8b02477 . ПМК 6374988 . ПМИД 30775646 .
- ^ Бюргер, MJ (1961). «Кристаллические структуры волластонита и пектолита» . Труды Национальной академии наук . 47 (12): 1884–1888. Бибкод : 1961PNAS...47.1884B . дои : 10.1073/pnas.47.12.1884 . JSTOR 71064 . ПМК 223235 . ПМИД 16578516 .
- ^ Бенмор, CJ; и др. (2010). «Температурно-зависимая структурная неоднородность в кальциево-силикатных жидкостях» . Физ. Преподобный Б. 82 (22): 224202. Бибкод : 2010PhRvB..82v4202B . дои : 10.1103/PhysRevB.82.224202 . HDL : 2160/8569 . S2CID 67808796 .
- ^ Скиннер, LB; и др. (2012). «Структура расплавленного CaSiO 3 : нейтронографическое изотопное замещение с аэродинамической левитацией и исследование молекулярной динамики». Дж. Физ. хим. Б. 116 (45): 13439–13447. дои : 10.1021/jp3066019 . ПМИД 23106223 .
- ^ Экерсли, MC; и др. (1988). «Структурная упорядоченность в силикатном кальциевом стекле». Природа . 355 (6190): 525–527. Бибкод : 1988Natur.335..525E . дои : 10.1038/335525a0 . S2CID 4360261 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Паспорт безопасности Оксфордского университета. Архивировано 15 августа 2007 г. в Wayback Machine.
| Национальный | |
|---|---|
| Другой | |
