Волластонит - Википедия - Wollastonite

Волластонит
ВолластонитUSGOV.jpg
Общий
КатегорияИносиликат минеральная
Формула
(повторяющийся блок)		Силикат кальция, CaSiO3
Классификация Струнца9.DG.05
Кристаллическая системаТриклиник
Моноклиника политип существуют
Кристалл классПинакоидальный (1)
(одно и тоже Символ HM )
Космическая группап1 (Политип 1А)
Ячейкаа = 7,925Å, 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
Шкала Мооса твердостьОт 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 преломленияпα = 1.616–1.640
пβ = 1.628–1.650
пγ = 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 кальций иносиликат минеральная (CaSiО3), который может содержать небольшое количество утюг, магний, и марганец заменяя кальций. Обычно он белый. Он образуется при нечистоте известняк или же доломит подвергается воздействию высоких температур и давлений, которые иногда возникают в присутствии кремнеземсодержащих жидкостей, как в скарны[5] или в контакте с метаморфических пород. Попутные минералы включают гранаты, везувианит, диопсид, тремолит, эпидот, плагиоклаз полевой шпат, пироксен и кальцит. Он назван в честь английского химика и минералога. Уильям Хайд Волластон (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 химическое сходство с композиционным спектром пироксен группа минералов - где магний и утюг замена для кальций заканчивается диопсид и геденбергит соответственно - он структурно очень другой, с третьим SiO4 тетраэдр[6] в связанной цепи (в отличие от двух в пироксенах).

Тенденции производства

Производство волластонита в 2005 г.

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

Крупные месторождения волластонита выявлены в г. Китай, Финляндия, Индия, Мексика, а Соединенные Штаты. Более мелкие, но значительные залежи были обнаружены в Канада, Чили, Кения, Намибия, Южная Африка, Испания, Судан, Таджикистан, индюк, и Узбекистан.[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 США волластонит добывают в Уилсборо, Нью-Йорк и Гувернер, Нью-Йорк. Месторождения также разрабатывались в промышленных масштабах на Северо-Западе. Мексика.[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

Волластонит имеет промышленное значение во всем мире. Он используется во многих отраслях промышленности, в основном на плиточных заводах, 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 стрельба, увеличивает зеленый и прочность обжига, сохраняет яркость во время обжига, обеспечивает быстрый обжиг и снижает образование трещин, трещин и дефектов глазури.

Волластонит используется в цементе, анонсированном в 2019 году, что «снижает общий углеродный след в сборный бетон 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 улучшает стойкость пленки краски, действует как pH буфер, повышает устойчивость к атмосферным воздействиям, снижает блеск, снижает расход пигментов и действует как матирующий и суспендирующий агент.

В пластиках волластонит улучшает растяжение и предел прочности при изгибе, 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]

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

Запасные

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 изделиях, где требуется улучшение стабильности размеров, модуля упругости при изгибе и теплового отклонения.

Волластонит также конкурирует с несколькими неволокнистыми минералами или породами, такими как каолин, слюда, и тальк, которые добавляют в пластмассы для увеличения прочности на изгиб, а также такие минералы, как барит, карбонат кальция, гипс и тальк, которые придают пластмассам стабильность размеров.

В керамике волластонит конкурирует с карбонатами, полевой шпат, Лайм, и кремнезем как источник кальция и кремния. Его использование в керамике зависит от конструкции керамического тела и метода обжига.[7]

Сочинение

В чистом CaSiO3, каждый компонент составляет почти половину массы 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 CaSiO3-FeSiO3, или же гидротермальный синтез фаз в системе MnSiO3-CaSiO3.[9]

Геологическое происхождение

Волластонитовый скарн с диопсидом (зеленый), андрадитовым гранатом (красный) и везувианитом (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 диоксида углерода:[9]

CaCO3 + SiO2 → CaSiO3 + CO2

Волластонит также может производиться в распространение реакция в скарн, он развивается, когда известняк в пределах песчаник превращается в дамба, что приводит к образованию волластонита в песчанике в результате миграции Ca.[9]

Структура

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

Волластонит кристаллизуется триклинически в космическая группа п1 с постоянные решетки а = 7.94 Å, б = 7,32 Å, c = 7,07 Å; α = 90,03°, β = 95,37°, γ = 103,43 ° и шесть формульные единицы на ячейка.[13] Волластонит когда-то структурно относился к группе пироксенов, 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 пироксеноидные цепи более изогнуты, чем цепи пироксеновой группы, и имеют большее расстояние между повторениями. В структуре волластонита присутствуют бесконечные цепочки [SiO4] тетраэдры с общими вершинами, идущие параллельно б-ось. Цепной мотив в волластоните повторяется после трех тетраэдров, тогда как в пироксенах необходимо только два. Расстояние повтора в цепочках волластонита составляет 7,32Å и равна длине кристаллографической б-ось.

Расплавленный CaSiO3, сохраняет тетраэдрический SiO4 локальная структура, 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

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 белая, ее Твердость по Моосу составляет 4,5–5, а удельный вес составляет 2,87–3,09. Для него существует более одной плоскости спайности, идеальное расщепление на {100}, хорошее спайность на {001} и {102} 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.

Смотрите также

Рекомендации

Эта статья включаетматериалы общественного достояния от Геологическая служба США документ: «Волластонит».

  1. ^ Волластонит, Миндат
  2. ^ Волластонит, Webmineral
  3. ^ Волластонит, Справочник по минералогии
  4. ^ Американский минералог, т. 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). Дои:10.1093 / петрология / 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. ^ а б c Волластонит, Сводные данные о минеральном сырье USGS 2017
  8. ^ а б c Роберт Л. Вирта Волластонит, Ежегодник полезных ископаемых USGS 2009 (Октябрь 2010 г.)
  9. ^ а б c d е Дир, 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, сокращает выбросы на 70 процентов». Дерево Hugger. Получено 2019-08-17.
  11. ^ а б Эндрюс, Р. В. 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. Дои:10.17226/25259.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  13. ^ Бюргер, М. Дж. (1961). «Кристаллические структуры волластонита и пектолита». Труды Национальной академии наук. 47 (12): 1884–1888. Bibcode:1961ПНАС ... 47.1884Б. Дои:10.1073 / pnas.47.12.1884. JSTOR  71064. ЧВК  223235. PMID  16578516.
  14. ^ Benmore, C.J .; и другие. (2010). «Температурно-зависимая структурная неоднородность жидкостей силиката кальция». Phys. Ред. B. 82 (22): 224202. Bibcode:2010PhRvB..82v4202B. Дои:10.1103 / PhysRevB.82.224202.
  15. ^ Скиннер, L.B .; и другие. (2012). «Структура расплавленного CaSiO3: нейтронная дифракция изотопного замещения с аэродинамической левитацией и изучение молекулярной динамики». J. Phys. Chem. B. 116 (45): 13439–13447. Дои:10.1021 / jp3066019. PMID  23106223.
  16. ^ Eckersley, M.C .; и другие. (1988). «Структурное упорядочение в кальциево-силикатном стекле». Природа. 355 (6190): 525–527. Bibcode:1988Натура.335..525E. Дои:10.1038 / 335525a0. S2CID  4360261.

внешняя ссылка