Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Волластонит
ВолластонитUSGOV.jpg
Общий
КатегорияИносиликатный минерал
Формула
(повторяющаяся единица)		Силикат кальция, CaSiO 3
Классификация Струнца9.DG.05
Кристаллическая системаТриклинический
моноклинный политип существует
Кристалл классПинакоидальный ( 1 )
(тот же символ HM )
Космическая группаП 1 (политип 1А)
Ячейкаa = 7,925  Å , b = 7,32 Å,
c = 7,065 Å; α = 90,055 °,
β = 95,217 °, γ = 103,42 °; Z = 6
Идентификация
Формула массы116,159  г / моль
ЦветБелый, бесцветный или серый
Хрустальная привычкаРедкие пластинчатые кристаллы - обычно массивные пластинчатыми, лучистыми, компактными и волокнистыми агрегатами.
TwinningОбщий
РасщеплениеИдеален в двух направлениях под углом около 90 °
ПереломОт расщепления до неровностей
Твердость по шкале МоосаОт 4,5 до 5,0
БлескСтекловидное или матовое или жемчужное на поверхностях декольте
Полосабелый
ПрозрачностьОт прозрачного до полупрозрачного
Удельный вес2,86–3,09
Оптические свойстваБиаксиальный (-)
Показатель преломленияn α = 1,616–1,640
n β = 1,628–1,650
n γ = 1,631–1,653
Двулучепреломлениеδ = 0,015 макс.
Угол 2VИзмерено: от 36 ° до 60 °
Температура плавления1540 ° С
РастворимостьРастворим в HCl, не растворим в воде
Другие характеристикиТеплота образования (@ 298): -89,61 кДж
Свободная энергия Гиббса: 41,78 кДж
Рекомендации[1] [2] [3] [4]

Волластонит - это минерал иносиликат кальция ( Ca Si O 3 ), который может содержать небольшие количества железа , магния и марганца, заменяющих кальций. Обычно он белый. Он образуется, когда загрязненный известняк или доломит подвергается воздействию высокой температуры и давления, что иногда происходит в присутствии кремнеземсодержащих флюидов, таких как скарны [5], или при контакте с метаморфическими породами . Сопутствующие минералы включают гранаты , везувианит , диопсид , тремолит , эпидот , полевой шпат плагиоклаза , пироксен и кальцит . Он назван в честь английского химика и минералога Уильяма Хайда Волластона (1766–1828).

Некоторые из свойств, которые делают волластонит таким полезным, - это его высокая яркость и белый цвет, низкое влаго- и маслоемкость, а также низкое содержание летучих веществ. Волластонит используется в основном в керамике, изделиях трения (тормозах и сцеплениях), производстве металлов, наполнителях красок и пластмассах.

Несмотря на его химическое сходство с составным спектром пироксеновой группы минералов, где замещение кальция на магний и железо заканчивается диопсидом и геденбергитом соответственно, он структурно сильно отличается, с третьим тетраэдром SiO 4 [6] в связанной цепи (как в отличие от двух в пироксенах).

Тенденции производства [ править ]

Производство волластонита в 2005 г.

Данные о мировом производстве волластонита по многим странам недоступны, а те, которые доступны часто, датируются 2–3 годами. По оценкам, мировая добыча сырой волластонитовой руды в 2016 году находилась в диапазоне от 700 000 до 720 000 тонн . Мировые запасы волластонита превышали 100 миллионов тонн. Однако многие крупные месторождения еще не исследованы.

Крупные месторождения волластонита обнаружены в Китае , Финляндии , Индии , Мексике и США . Менее крупные, но значительные месторождения были обнаружены в Канаде , Чили , Кении , Намибии , Южной Африке , Испании , Судане , Таджикистане , Турции и Узбекистане . [7]

В 2016 году основными производителями были Китай (425 000 тонн), Индия (185 000 тонн), США (информация не разглашается по коммерческим причинам, но указано, что они находятся на третьем месте), Мексика (67 000 тонн) и Финляндия (16 000). [7]

В Соединенных Штатах волластонит добывается в Уиллсборо, штат Нью-Йорк, и Гувернёр, штат Нью-Йорк . Месторождения также разрабатывались в коммерческих целях на северо-западе Мексики . [8]

Цена на сырой волластонит колебалась в 2008 году от 80 до 500 долларов США за тонну в зависимости от страны, размера и формы частиц порошка. [8]

Использует [ редактировать ]

Волластонит имеет промышленное значение во всем мире. Он используется во многих отраслях промышленности, в основном на плиточных фабриках, которые использовали его в производстве керамики для улучшения многих рабочих параметров, и это связано с его флюсирующими свойствами, отсутствием летучих компонентов, белизной и игольчатой ​​формой частиц. [9]

В керамике волластонит уменьшает усадку и выделение газа во время обжига , увеличивает прочность в сыром и обожженном состоянии, сохраняет яркость во время обжига, обеспечивает быстрый обжиг и снижает образование трещин, трещин и дефектов глазури.

Волластонит используется в цементе, объявленном в 2019 году, который «снижает общий углеродный след в сборном железобетоне на 70%». [10]

В металлургии волластонит используется в качестве флюса для сварки, источника оксида кальция, кондиционера шлака и для защиты поверхности расплавленного металла во время непрерывной разливки стали.

В качестве добавки к краске он улучшает стойкость пленки краски, действует как буфер pH , повышает ее устойчивость к атмосферным воздействиям, уменьшает блеск, снижает расход пигмента и действует как матирующий и суспендирующий агент.

В пластмассах волластонит улучшает прочность на растяжение и изгиб , снижает расход смолы и улучшает термическую стабильность и стабильность размеров при повышенных температурах. Обработка поверхности используется для улучшения адгезии между волластонитом и полимерами, в которые он добавлен.

В качестве заменителя асбеста в напольной плитке, фрикционных изделиях, изоляционных плитах и ​​панелях, краске, пластмассах и кровельных изделиях волластонит устойчив к химическому воздействию, инертен, стабилен при высоких температурах и улучшает прочность на изгиб и растяжение. [8] В некоторых отраслях промышленности он используется с различным процентным содержанием примесей, например, в качестве изоляционного материала из минеральной ваты или в качестве декоративного строительного материала. [11]

Согласно оценкам, в 2009 году на пластмассовые и резиновые изделия приходилось от 25% до 35% продаж в США, за которыми следовали керамические изделия с 20% до 25%; краска от 10% до 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% мировых продаж волластонита, затем идут полимеры (пластмассы и резина) с 30% до 35% продаж и краски с 10% до 15% продаж. Остальные продажи приходятся на строительство, фрикционные изделия и металлургическое оборудование.

Волластонит был изучен на предмет углеродной минерализации для хранения углекислого газа . Это один из самых быстро реагирующих силикатов, но он может иметь высокие затраты, связанные с хранением углерода. [12]

Запасные [ править ]

Белые игольчатые кристаллы волластонита (поле зрения 8 мм) из Среднечешского края, Чехия

Игольчатая природа многих изделий из волластонита позволяет ему конкурировать с другими игольчатыми материалами, такими как керамическое волокно, стекловолокно, стальное волокно и некоторые органические волокна, такие как арамид , полиэтилен , полипропилен и политетрафторэтилен, в продуктах, в которых улучшена стабильность размеров, модуль упругости при изгибе и тепловой прогиб.

Волластонит также конкурирует с несколькими неволокнистыми минералами или породами, такими как каолин , слюда и тальк , которые добавляют в пластмассы для повышения прочности на изгиб, и 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 конструкции керамического тела и метода обжига. [7]

Состав [ править ]

В чистом CaSiO 3 каждый компонент составляет почти половину веса минерала: 48,3% CaO и 51,7% SiO 2 . В некоторых случаях небольшое количество железа (Fe) и марганца (Mn) и меньшее количество магния (Mg) заменяют кальций (Ca) в минеральной формуле ( например , родонит ). [11] Волластонит может образовывать серию твердых растворов в системе CaSiO 3 -FeSiO 3 или гидротермальный синтез фаз в системе MnSiO 3 -CaSiO 3 . [9]

Геологическое происхождение [ править ]

Волластонитовый скарн с диопсидом (зеленый), андрадитовый гранат (красный) и везувианит (темно-коричневый) из шахты Станислав возле Шклярска Поремба, Изерские горы, Нижняя Силезия, Польша.

Волластонит обычно встречается как общий компонент термически метаморфизованного нечистого известняка, он также может возникать, когда кремний возникает из-за метаморфизма в контактно измененных известняковых отложениях или из-за загрязнения во вторгшихся вулканических породах. В большинстве случаев это результат следующей реакции между кальцитом и кремнеземом с потерей углекислого газа: [9]

CaCO 3 + SiO 2 → CaSiO 3 + CO 2

Волластонит также может образовываться в результате реакции диффузии в скарне , он образуется, когда известняк в песчанике превращается в дамбу , что приводит к образованию волластонита в песчанике в результате миграции Ca. [9]

Структура [ править ]

Элементарная ячейка триклинного волластонита-1А
Расположение тетраэдров внутри цепочек в пироксенах по сравнению с волластонитом

Волластонит кристаллизуется триклинально в пространственной группе P 1 с постоянными 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 . [13] Волластонит когда-то структурно относился к пироксеновой группе, потому что обе эти группы имеют соотношение Si: O = 1: 3. В 1931 году Уоррен и Бискоу показали, что кристаллическая структура волластонита отличается от минералов группы пироксенов, и отнесли этот минерал к группе, известной как пироксеноиды.[9] Было показано, что цепи пироксеноидов более изогнуты, чем цепи пироксеновой группы, и имеют большее расстояние между повторениями. Структура волластонита состоит из бесконечных цепочектетраэдров[SiO 4 ],имеющихобщие вершины, идущих параллельнооси b . Цепной мотив в волластоните повторяется после трех тетраэдров, тогда как в пироксенах необходимо только два. Расстояние повтора в цепочках волластонита составляет 7,32  Å и равно длине кристаллографическойоси b .

Расплавленный CaSiO 3 сохраняет тетраэдрическую локальную структуру SiO 4 при температурах до 2000 ˚C. [14] Координация ближайшего соседа Ca-O уменьшается с 6,0 (2) в стекле при комнатной температуре до 5,0 (2) в жидкости 1700 ˚C, что совпадает с увеличением числа более длинных соседей Ca-O. [15] [16]

Физические и оптические свойства [ править ]

Волластонит встречается в виде пластинчатых кристаллических масс, монокристаллы могут иметь игольчатую форму частиц и обычно белого цвета, но иногда кремового, серого или очень бледно-зеленого цвета.

Полоса волластонита белого цвета, твердость по шкале Мооса 4,5–5, удельный вес 2,87–3,09. Для него существует более одной плоскости спайности: идеальное расщепление на {100}, хорошее расщепление на {001} и { 1 02} и несовершенное расщепление на {101}. Волластонит обычно имеет двойную ось [010], плоскость состава (100) и редко имеет двойную ось [001]. Блеск обычно бывает от стекловидного до жемчужного. Температура плавления волластонита составляет около 1540 ˚C.

См. Также [ править ]

  • Энстатитовых  - Пироксен: магний-силикат железа с MgSiO 3 и FeSiO 3 конечных пользователей
  • Родонит  - одноцепочечный иносиликат марганца (MnSiO 3 )
  • Список минералов
  • Список минералов, названных в честь людей

Ссылки [ править ]

 Эта статья включает материалы, являющиеся  общественным достоянием, из документа Геологической службы США : «Волластонит» .

  1. ^ Волластонит , Миндат
  2. ^ Волластонит , Вебминерал
  3. ↑ Волластонит , Справочник по минералогии
  4. ^ Американский Mineralogist, В. 79, стр. 134-144, 1994
  5. ^ Уитли, Шон; Халама, Ральф; Гертиссер, Ральф; Прис, Кэти; Диган, Фрэнсис М .; Тролль, Валентин Р. (18.10.2020). «Магматические и метасоматические эффекты взаимодействия магмы и карбоната, зафиксированные в кальций-силикатных ксенолитах вулкана Мерапи (Индонезия)» . Журнал петрологии . 61 (4). DOI : 10.1093 / петрологии / egaa048 . ISSN 0022-3530 . 
  6. ^ Уильям Александр Дир; Роберт Эндрю Хауи; Дж. Зуссман (1992). Знакомство с породообразующими минералами . Longman Scientific & Technical. ISBN 978-0-470-21809-9.
  7. ^ a b c Волластонит , USGS Mineral Commodity Summaries 2017
  8. ^ a b c Роберт Л. Вирта Волластонит , USGS 2009 Minerals Yearbook (октябрь 2010 г.)
  9. ^ a b c d e Олень, Хауи и Зуссман. Породообразующие минералы; Одноцепочечные силикаты , Vol. 2А, второе издание, Лондон, Геологическое общество, 1997.
  10. ↑ Альтер, Ллойд (15 августа 2019 г.). «LafargeHolcim продает цемент для производства сборных железобетонных изделий, поглощающий углекислый газ, снижает выбросы на 70 процентов» . TreeHugger . Проверено 17 августа 2019 .
  11. ^ а б Эндрюс, RW Волластонит . Лондон, Канцелярия Ее Величества, 1970.
  12. ^ Национальные академии наук, инженерии и медицины (2019). «Глава 6, Углеродная минерализация CO2». Технологии отрицательных выбросов и надежное улавливание: программа исследований (отчет). Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press. DOI : 10.17226 / 25259 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  13. ^ Бюргер, MJ (1961). «Кристаллические структуры волластонита и пектолита» . Труды Национальной академии наук . 47 (12): 1884–1888. Bibcode : 1961PNAS ... 47.1884B . DOI : 10.1073 / pnas.47.12.1884 . JSTOR 71064 . PMC 223235 . PMID 16578516 .   
  14. ^ Бенмор, CJ; и другие. (2010). «Температурно-зависимая структурная неоднородность жидкостей силиката кальция» . Phys. Rev. B . 82 (22): 224202. Bibcode : 2010PhRvB..82v4202B . DOI : 10.1103 / PhysRevB.82.224202 .
  15. ^ Скиннер, LB; и другие. (2012). "Структура расплавленного CaSiO3: нейтронная дифракция изотопного замещения с аэродинамической левитацией и исследование молекулярной динамики". J. Phys. Chem. B . 116 (45): 13439–13447. дои : 10,1021 / jp3066019 . PMID 23106223 . 
  16. ^ Экерсли, MC; и другие. (1988). «Структурное упорядочение в кальциево-силикатном стекле». Природа . 355 (6190): 525–527. Bibcode : 1988Natur.335..525E . DOI : 10.1038 / 335525a0 . S2CID 4360261 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Лист MSDS Оксфордского университета