Эттрингит - Ettringite

Эттрингит
Эттрингит-Оелит-Эттрингит-Калахари-Намибия-136 мм 0762closeup.jpg
Эттрингит, марганцевые месторождения Калахари, провинция Северный Кейп , Южная Африка
Общий
Категория Сульфатные минералы
Формула
(повторяющаяся единица) 		Ca 6 Al 2 (SO 4 ) 3 (OH) 12 · 26H 2 O
Классификация Струнца 7.DG.15
Кристаллическая система Тригональный
Кристалл класс Дитригональная пирамидальная (3 м)
символ HM : (3 м)
Космическая группа P 31c
Ячейка а = 11,23, с = 21,44 [Å]; Z = 2
Идентификация
Цвет Бесцветный, бледно-желтый, молочно-белый
Хрустальная привычка Кристаллы игольчатые, призматические, полосатые; от волокнистого до хлопкового
Расщепление Идеально на {10 1 0}
Твердость по шкале Мооса 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
Двулучепреломление δ = 0,021
Ультрафиолетовая флуоресценция Нефлуоресцентный
Растворимость Частично растворим в воде
Изменяется на Частичное обезвоживание при атмосферном воздействии, становится непрозрачным
использованная литература

Эттрингит представляет собой водный минерал сульфат кальция и алюминия с формулой: Ca 6 Al 2 (SO 4 ) 3 (OH) 12 · 26H 2 O. Это минерал от бесцветного до желтого цвета, кристаллизующийся в тригональной системе . Призматические кристаллы обычно бесцветны, становятся белыми при частичном обезвоживании. Он является частью эттрингитовой группы, которая включает другие сульфаты, такие как таумазит и бенторит .

Открытие и появление

Эттрингит, 6,5 х 3,2 см. N'Chwaning Mines, марганцевые месторождения Калахари, провинция Северный Кейп , Южная Африка

Эттрингит был впервые описан в 1874 году Дж. Леманном для месторождения возле вулкана Эттрингер- Беллерберг , Эттринген , Рейнланд-Пфальц , Германия . Он встречается в метаморфически измененном известняке рядом с магматическими интрузивными породами или в ксенолитах . Это происходит также выветривание корочки на ларните в Hatrurim формирования в Израиле . Он встречается в связке с портландитом , афвиллитом и гидрокалумитом в Скаут- Хилле , Ирландия, и с афвиллитом, гидрокалумитом, майенитом и гипсом в формации Хатрурим . Об этом также сообщалось из карьера Цайльберг , Марольдсвайзах , Бавария ; в Буассежуре , недалеко от Клермон-Феррана, Пюи-де-Дом , Овернь , Франция ; рудник Н'Чванинг, район Куруман, Капская провинция , ЮАР ; в США, случаи были найдены в спуррнт -merwinite- геленит скарновое на 910 уровне коммерческого карьера, Crestmore, Риверсайд, штат Калифорния , и в шахте Лаки Касс, Надгробие, штат Аризона .

Вхождение в цемент

СЭМ- изображение затвердевшего цементного теста с трещинами, на котором видны пластины гидроксида кальция и иглы эттрингита (микронный масштаб)

В конкретной химии эттрингита является hexacalcium алюмината trisulfate гидрата , общей формулы:

(CaO) 6 (Al 2 O 3 ) (SO 3 ) 3 · 32H 2 O

или

(CaO) 3 (Al 2 O 3 ) (CaSO 4 ) 3 · 32H 2 O.

Эттрингит формируются в гидратированном портландцементе системы в результате реакции алюмината кальция с сульфатом кальция , присутствующий в оба портландцементе. Эттрингит, наиболее известный представитель фаз AFt или (Al 2 O 3 -Fe 2 O 3 -tri), также может быть синтезирован в лаборатории путем взаимодействия стехиометрических количеств кальция , алюминия и сульфата в воде.

C 3 A + 3 CaSO 4 → эттрингит

В цементной системе присутствие эттрингита зависит от соотношения сульфата кальция и трикальциевого алюмината (C 3 A); когда это соотношение низкое, эттрингит образуется на ранней стадии гидратации, а затем превращается в моносульфат алюмината кальция ( фаза AFm или (Al 2 O 3 -Fe 2 O 3 -моно)). Когда соотношение является промежуточным, только часть эттрингита преобразуется в AFm, и оба могут сосуществовать, в то время как эттрингит вряд ли превратится в AFm при высоких отношениях.

Следующие символы обозначают стандартные обозначения:

C = CaO
S = SiO 2
А = Al 2 O 3
F = Fe 2 O 3
S̅ = SO 3
H = H 2 O
К = К 2 О
N = Na 2 O
м = моно
т = три

Фазы AFt и AFm

  • AFt : сокращение от «оксид алюминия, оксид железа , три-сульфат» или (Al 2 O 3 - Fe 2 O 3 - три). Он представляет собой группу гидратов сульфоалюмината кальция. AFt имеет общую формулу [Ca
    3    (Al, Fe) (ОН)
    6    • 12H
    2    O]
    2    •ИКС
    3    • нГн
    2    O,     где X представляет собой двухзарядный анион или, иногда, два однозарядных аниона. Эттрингит является наиболее распространенным и важным членом группы AFt (X в данном случае означает сульфат).
  • AFm : сокращение от «оксид алюминия, оксид железа, моносульфат » или (Al 2 O 3 - Fe 2 O 3 - моно). Он представляет собой другую группу гидратов алюмината кальция с общей формулой [Ca
    2    (Al, Fe) (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, сульфат и карбонат.

Состав

Минеральный эттрингит имеет структуру , которая проходит параллельно с осью иглы -The Ось-; в середине этих двух лежат ионы сульфата и молекулы H 2 O, пространственная группа - P31c . Кристаллическая система эттрингита является тригональной , кристаллы имеют удлиненную и игольчатую форму, часто возникают беспорядок или сплетение, что влияет на материал межколонок. Первое рентгеновское исследование было выполнено Баннистером, Хей и Берналом (1936), которые обнаружили, что кристаллическая элементарная ячейка имеет гексагональную форму с a = 11,26 и c = 21,48 с пространственной группой P63 / mmc и Z = 2. Из наблюдений за дегидратацией и химических формул были предположения, что структура состоит из Ca 2+ и Al (OH) 6 3- , между которыми находятся ионы SO 4 2- и молекулы H 2 O. Последовали дальнейшие рентгеновские исследования; а именно Веллин (1956), который определил кристаллическую структуру таумазита, и Бешак и Еленич (1966), которые подтвердили структурную природу эттрингита.

Образец эттрингита, извлеченный из Скаут-Хилла, был проанализирован CE Tilley , размер кристалла составлял 1,1 x 0,8 0,5 мм, с удельным весом 1,772 ± 0,002, плотность определялась путем погружения образца в раствор четыреххлористого углерода, смешанного с бромоформом . Кристалл показал пять граней призмы формы m {10 1 0} и маленькую грань a {11 2 0}, без пирамидальных или базальных граней, при дифракции рентгеновских лучей грамм Лауэра вдоль оси c показал гексагональную ось. с вертикальными плоскостями симметрии это исследование показало, что структура имеет гексагональную, а не ромбоэдрическую решетку. Дальнейшие исследования, проведенные на синтетическом эттрингите с использованием рентгеновской дифракции и порошковой дифракции, подтвердили ранее сделанные предположения и анализы.

При анализе структуры как эттрингита, так и таумазита было сделано заключение, что оба минерала имеют гексагональную структуру, но разные пространственные группы. Кристаллы эттрингита имеют P31c с a = 11,224 Å, c = 21,108 Å, а 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 неоднородности параметров элементарной ячейки. Различия между структурами эттрингита и таумазита обусловлены наличием колонок катионов и анионов: колонки катионов эттрингита состоят из Ca 3 [Al (OH) 6 · 12H 2 O] 3+ , которые проходят параллельно оси c , а другие колонки сульфат-анионов и молекул воды в каналах, параллельных этим колонкам. Напротив, таумазит состоит из цилиндрической колонки Ca 3 [Si (OH) 6 · 12H 2 O] 3+ по оси c , с сульфатными и карбонатными анионами в каналах между этими колонками, которые также содержат молекулы воды.

Дальнейшие исследования

Текущие исследования минералов эттрингита и цементной фазы в целом направлены на поиск способов иммобилизации отходов и тяжелых металлов из почв и окружающей среды; это может быть сделано путем использования соответствующего минерала, образующего цементную фазу, путем использования решетки для извлечения соответствующих элементов. Например, сообщается, что иммобилизация меди при высоком pH может быть достигнута за счет образования CSH / CAH и эттрингита. Предполагается, что морфология кристаллов эттрингита Ca 6 Al 2 (SO 4 ) 3 (OH) 12 · 26H 2 O может включать различные двухвалентные ионы: Cu 2+ , Pb 2+ , Cd 2+ и Zn 2+ , который может замещать Ca 2+ за счет включения этих ионов в решетку.

Смотрите также

использованная литература