Катионообменные свойства природного калиевого
цирконосиликата умбита
 
А. А. Григорьева, И. В. Пеков, И. А. Брызгалов
МГУ, Москва, Россия
 
Умбит K2Zr[Si3O9]∙2H2O является типоморфным минералом поздних высококалиевых ассоциаций Хибинского щелочного массива на Кольском полуострове, Россия. Он обладает смешанным каркасом, состоящим из Zr-октаэдров и волластонитоподобных цепочек Si-тетраэдров. В полостях каркаса расположены атомы К и молекулы Н2О. Плотность каркаса составляет 16.5 каркасных атомов (Si и Zr) на 1000 Å3. Это дало основания предположить, что умбит может проявлять ионообменные свойства [1].
На способность к катионному обмену протестирован умбит из крупного пегматитового тела, вскрытого штольней Материальная на горе Юкспор (Хибины). Зерна умбита размерами 0.5-2 мм были помещены в 1Н водные растворы солей NaCl, RbNO3, CsNO3, CaCl2, SrCl2 и BaCl2. Эксперименты проводились при комнатной температуре два с половиной месяца, при 90°С - шесть часов и при 150°С - три часа. После опытов зерна, запрессованные в эпоксидные препараты и отполированные, были исследованы на срезах с помощью сканирующего электронного микроскопа. Затем, опираясь на полученные фотографии, мы изучили катионный состав зерен электронно-зондовым методом (табл.). Кратко охарактеризуем изменения, произошедшие с умбитом в опытах с разными катионами.
 Na. Опыты при комнатной температуре и при 90°С: зоны, обогащенные обмененным Na, расположены локально вдоль микротрещин. Опыт при 150оС: обмененные катионы распределены вдоль микротрещин равномерно по всему объему зерна.
 Rb. Замещение калия рубидием в умбите происходит вдоль микротрещин и существенно зависит от температуры: ее повышение ведет к увеличению содержания обмененного рубидия (при 20оС изменение незначительно (3 мас.%  Rb2O), а при 150оС весьма существенно - 34.2%).
 Cs. Интенсивное замещение калия цезием начинается только при 90оС (см. табл.), тогда как при комнатной температуре изменения незначительны. При 150оС вхождение цезия вместо калия в умбит происходит весьма интенсивно по всему объему зерна (53.9 мас.% Cs2O).
 Са. При комнатной температуре изменений в умбите не происходит, при 90оС они незначительны, а при 150оС мы наблюдаем интенсивное замещение, причем обмененный Са приурочен к зонам вдоль микротрещин.
Sr. При комнатной температуре изменений не происходит, при 90оС они незначительны, но при 150оС наблюдается интенсивное замещение по всему кристаллу умбита. Ва. Уже при комнатной температуре и при 90оС замещение значительно: обмененные катионы Ва сосредотачиваются вдоль микротрещин. При 150оС происходит насыщение Ва участков вдоль микротрещин по всему объему зерна.
Таким образом, при комнатной температуре умбит проявляет ионообменные свойства со всеми "предложенными" катионами, кроме Sr и Са (см. табл.). Степень обмена во всех случаях зависит от температуры: с ее повышением увеличивается количество обмененных катионов в кристалле. Характерно более интенсивное замещение в умбите калия одновалентными катионами, чем двухвалентными. Исходя из данных, полученных в результате проведенных экспериментов, можно предположить, что ионный обмен в умбите может реализоваться и в природе √ в гидротермальных (в первую очередь в позднегидротермальных) и даже гипергенных обстановках. Сильные ионообменные свойства, проявляемые умбитом, могут найти применение в химических технологиях (конечно, речь здесь идет о синтетическом аналоге минерала), например, связанных с извлечением редких щелочных и щелочноземельных элементов (Rb, Cs, Ba) из низкоконцентрированных растворов и с очисткой вод от радиоактивного Cs.
 
Литература
1. Pekov I.V., Chukanov N.V. Microporous framework silicate minerals with rare and transition elements: minerogenetic aspects // Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 2005. Vol. 57. P. 145√171.

 
 
                                                                                                                                                 Таблица
Диапазон содержаний обмененных катионов в умбите, масс. %
 
K2О
Rb2O
Cs2О
CaО
SrО
BaО
20оС
0.1 √ 2.6
 
(0.01-0.32)
2.5 √ 3.0
 
(0.10-0.12)
0 √ 0.7
 
(0.09)
 
 
 
0.4 √ 21.2
 
(0.59)
90оС
4.0
 
(0.44)
0.5 √ 10.3
 
(0.02-0.43)
4.8 √ 28.9
 
(0.12-0.93)
0.2-0.4
 
(0.01-0.02)
0 √ 0.4
 
(0.01)
0.4 √ 10.9
 
(0.01-0.30)
150оС
4.7 √ 10.3
 
(0.57-1.24)
0.4 √ 34.2
 
(0.02-1.69)
0.3 √ 53.9
 
(0.01-1.86)
2.6 √ 8.8
 
(0.18-0.66)
0.9 √ 16.0
 
(0.03-0.66)
18.1 √ 27.3
 
(0.45-0.92)
 
 
Примечание: пустая клетка означает, что содержание компонента ниже предела обнаружения электронно-зондовым методом. В скобках указаны формульные коэффициенты.
 
 


зеркало на сайте "Все о геологии"

зеркало на сайте "Все о геологии"