Эттрингит - Ettringite

Эттрингит
Эттрингит-Оелит-Эттрингит-Калахари-Намибия-136 мм 0762closeup.jpg
Эттрингит, марганцевые месторождения Калахари, Провинция Северный Кейп, Южная Африка
Общий
КатегорияСульфатные минералы
Формула
(повторяющийся блок)		Ca6Al2(ТАК4)3(ОЙ)12· 26H2О
Классификация Струнца7.DG.15
Кристаллическая системаТригональный
Кристалл классДитригональная пирамидальная (3м)
Символ HM: (3 мес.)
Космическая группап31c
Ячейкаа = 11,23, с = 21,44 [Å]; Z = 2
Идентификация
ЦветБесцветный, бледно-желтый, молочно-белый
Хрустальная привычкаКристаллы игольчатые, призматические, полосатые; волокнистый до хлопкового
РасщеплениеИдеально на {1010}
Шкала Мооса твердость2-2.5
БлескСтекловидное тело
Полосабелый
ПрозрачностьОт прозрачного до непрозрачного
Удельный вес1.77
Оптические свойстваОдноосный (-)
Показатель преломленияпω = 1,491, nε = 1.470
Двулучепреломлениеδ = 0,021
Ультрафиолетовый флуоресценцияНефлуоресцентный
РастворимостьЧастично растворим в воде
Изменяется наЧастичное обезвоживание при атмосферном воздействии, становится непрозрачным
Рекомендации[1][2][3]

Эттрингит водный кальций алюминий сульфатный минерал с формулой: Ca6Al2(ТАК4)3(ОЙ)12· 26H2О. Это минерал от бесцветного до желтого цвета, кристаллизующийся в тригональный система. Призматические кристаллы обычно бесцветны, становятся белыми при частичной дегидратации.[2][3] Он является частью эттрингитовой группы, которая включает другие сульфаты, такие как таумазит и бенторит.[4]

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,[5] для происшествия около Эттрингера Вулкан Беллерберг, Эттринген, Рейнланд-Пфальц, Германия.[2][3] Это происходит внутри метаморфически изменен известняк рядом с огненный интрузивные породы или внутри ксенолиты. Это также происходит как выветривание корки на ларнит в Формация Хатрурим из Израиль.[2] Это происходит в связи с портландит, афвиллит и гидрокалюмит в Scawt Hill, Ирландия и с афвиллитом, гидрокалюмитом, майенит и гипс в формации Хатрурим.[2] Также сообщалось из карьера Цайльберг, Марольдсвайзах, Бавария; в Буассежур, недалеко от Клермон-Феррана, Пюи-де-Дом, Овернь, Франция; рудник Н'Чванинг, Куруманский район, Капская провинция, Южная Африка; в США случаи были обнаружены в спуррит -merwinite-геленит скарн на уровне 910 коммерческого карьера, Крестмор, Округ Риверсайд, Калифорния[6] и в шахте Lucky Cuss, Надгробие, Аризона.[2][3]

Вхождение в цемент

SEM изображение трещиноватого затвердевшего цементного теста, показывая пластины гидроксид кальция и иглы из эттрингита (микронная шкала)

В химии бетона эттрингит представляет собой трисульфат гексакальциевого алюмината. гидрат, общей формулы:

(CaO)6(Al2О3)(ТАК3)3· 32H2О

или же

(CaO)3(Al2О3) (CaSO4)3· 32H2О.

Эттрингит образуется в гидратированном портландцемент система в результате реакции алюминат кальция с сульфат кальция, оба присутствуют в портландцементе.[7]Эттрингит, наиболее выдающийся представитель Фазы AFt или (Al2О3-Fe2О3-tri), также могут быть синтезированы в лаборатории путем реакции стехиометрический количество кальций, алюминий и сульфат в воде.

C3А + 3 CaSO4 → эттрингит

В цементной системе присутствие эттрингита зависит от соотношение сульфата кальция в три-алюминат кальция (C3А); когда это соотношение низкое, эттрингит образуется на ранней стадии гидратации, а затем превращается в моносульфат алюмината кальция (Фаза AFm или (Al2О3-Fe2О3-мононуклеоз)). Когда соотношение является промежуточным, только часть эттрингита преобразуется в AFm, и оба могут сосуществовать, тогда как эттрингит вряд ли превратится в AFm при высоких отношениях.

Следующие символы обозначают стандартные обозначения:[8]

C = CaO
S = SiO2
A = Al2О3
F = Fe2О3
S̅ = SO3
H = H2О
К = К2О
N = Na2О
м = моно
т = три

Фазы AFt и AFm

  • AFt: сокращение от «глинозем, оксид железа, трисульфат »или (Al2О3 - Fe2О3 - 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    О     где X представляет собой двухзарядный анион или, иногда, два однозарядных аниона. Эттрингит является наиболее распространенным и важным членом группы AFt (в данном случае X означает сульфат).
  • AFm: сокращение от «оксид алюминия, оксид железа, моносульфат» или (Al2О3 - Fe2О3 - мононуклеоз). Он представляет собой другую группу гидратов алюмината кальция с общей формулой [Ca2(Al, Fe) (ОН)6)] · X · nH2О [Ca
    2    (Al, Fe) (ОН)
    6    )] • X • nH
    2    О     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.

Структура

Минерал эттрингит имеет структуру, которая проходит параллельно c ось - ось иглы-; в середине этих двух лежат ионы сульфата и H2O молекулы космическая группа является P31c. Кристаллическая система эттрингита тригональный кристаллы имеют удлиненную форму и игольчатую форму, часто возникает беспорядок или сплетение, которое влияет на материал между столбиками.[9] Первое рентгеновское исследование было проведено 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 обезвоживанием и химических формул были предположения, что структура состоит из Ca2+ и Al (OH)63−, были между ними ТАК42− ионы и H2Молекулы O. Последовали дальнейшие рентгеновские исследования; а именно Веллин (1956), определивший кристаллическую структуру таумазита, и Бешак и Еленич (1966), которые подтвердили структурную природу эттрингита.[9]

Образец эттрингита, извлеченный из Scawt Hill был проанализирован К. Э. Тилли размер кристалла 1,1 x 0,8 0,5 мм, удельный вес 1,772 ± 0,002 плотность определялась погружением образца в раствор четыреххлористый углерод смешанный с бромоформ. Кристалл показал пять граней призмы формы м {1010} и маленькое лицо а{1120}, без пирамидальных или базальных граней, при дифракции рентгеновских лучей грамм Лауэра вдоль c-ось показывает гексагональную ось с вертикальными плоскостями симметрии, это исследование показало, что структура имеет гексагональную, а не ромбоэдрическую решетку.[10] дальнейшие исследования синтетического эттрингита с использованием рентгеновских лучей и порошковая дифракция подтвердили сделанные ранее предположения и анализы.[11]

Проанализировав структуру как эттрингита, так и таумазита, был сделан вывод, 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 относятся к пространственной группе 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 Ca3[Al (OH)6· 12H2O]3+, которые идут параллельно c оси, а другие колонки сульфат-анионов и молекул воды в каналах, параллельных этим колонкам. Напротив, таумазит состоит из цилиндрического столбика Ca3[Si (OH)6· 12H2O]3+ в c оси, с сульфатными и карбонатными анионами в каналах между этими колонками, которые также содержат молекулы воды.[12]

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 достигнуто путем использования соответствующего минерала, образующего цементную фазу, путем использования решетки для извлечения соответствующих элементов. Например, сообщается, что иммобилизация меди при высоких pH может быть достигнуто за счет образования CSH / CAH и эттрингита.[13] Предполагается, что морфология кристаллов эттрингита Ca6Al2(ТАК4)3(ОЙ)12· 26H2O может включать различные двухвалентные ионы: Cu2+, Pb2+, CD2+ и Zn2+, который может заменить Ca2+ за счет включения этих ионов в решетку.[13]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Данные эттрингита, Webmineral
  2. ^ а б c d е ж Эттрингит в Справочнике по минералогии
  3. ^ а б c d Эттрингит. Mindat.org
  4. ^ Эттрингит-группа. Mindat.org
  5. ^ Lehmann, J. (1874): Über den Ettringit, ein neues Mineral in Kalkeinschlüssen der Lava von Ettringen (Laacher Gebiet). N. Jb. Минеральная. Геол. Paläont., 273-275
  6. ^ Карпентер, А. (1963): Ориентированные нарастания таумазита на эттрингите. Являюсь. Минеральная. 48
  7. ^ Мерлини, Марко; Артиоли, Жильберто; Серулли, Тициано; Селла, Фьоренца; Браво, Анна (2008). «Гидратация алюмината трикальция в системах с добавками. Кристаллографическое исследование с помощью SR-XRPD». Цемент и бетонные исследования. Эльзевир. 38 (4): 477–486. Дои:10.1016 / j.cemconres.2007.11.011.
  8. ^ Базант, З.П .; Виттманн Ф.Х. (1982). Ползучесть и усадка в бетонных конструкциях. Джон Уайли и сыновья. ISBN  0-471-10409-4.
  9. ^ а б Мур Э., Тейлор Х. Ф. У. (1970), Кристаллическая структура эттрингита, Acta Crystallographica Section B, 26 p.386-393
  10. ^ Баннистер, MA (1935): Эттрингит из Скаут-Хилла, графство Антрим. Минералогический журнал, 24, 324-329
  11. ^ Goetz-Neunhoeffer, F. и Neubauer, J. (2006): Очищенный эттрингит (Ca6Al2(ТАК4)3(ОЙ)12· 26H2О) структура для количественного рентгеноструктурного анализа. Порошок Diffr. 21, 4-11.
  12. ^ Рэйчел Л. Норман a, b, Сандра Э. Данн a, Саймон К. Хогг c, Кэролайн А. Кирк. (2013): Синтез и структурная характеристика новых фаз типа эттрингита и таумазита: Ca6[Ga (OH)6.12H2O] 2 (SO4)3.2H2O и Ca6[М (ОН)6.12H2O]2(ТАК4)2(CO3)2, M = Mn, Sn, Науки о твердом теле 25.
  13. ^ а б Мун Д.Х., Пак Дж. У., Чеонг К. Х., Хён С., Коутсоспирос А., Пак Дж. Х., Окей Ю. С.. (2013): Стабилизация почвы полигонов, загрязненных свинцом и медью, с использованием кальцинированных раковин устриц и летучей золы, Environ Geochem Health 35