РЕНТГЕНОФАЗНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЛЕВОГО ШПАТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕОЛИТА НА ЕГО ОСНОВЕ

АННОТАЦИЯ

Описана морфология, химический состав исследуемого полевого шпата, определены рентгеноструктурные характеристики. Установлено, что все рассматриваемые породы комплекса Лангар (Навои) имеют двуполевошпатовый состав с преобладанием калиевой фазы. Среди полевого шпата доминирует максимальный микроклин, альбит и анортит.

ABSTRACT

The morphology and chemical composition of the studied feldspar are described, and the X-ray diffraction characteristics are determined. It has been established that all considered rocks of the Langar complex (Navoi) have a two-feldspar composition with a predominance of the potassium phase. The maximum microcline, albite and anorthite dominate among the feldspar.

Ключевые слова: цеолит, доломит, кварц, альбит, микроклин, полевой шпат.

Keywords: zeolite, dolomite, quartz, albite, microcline, feldspar.

Введение. Химический состав и структура минералов являются важнейшими особенностями для получения цеолитов на их основе [1]. Полевой шпат, в связи с его кристаллизацией в широком интервале температур и давлений, изоморфных замещений и распада твердых растворов, является важным объектом минералогических исследований [2]. В мире существуют многочисленные минеральные ресурсы полевого шпата с составом щелочно-гранитного комплекса [3] представляющего собой алюмосиликаты натрия, калия и кальция [4]. Полевые шпаты представляют собой соединения оксидов алюминия и кремнезема с одним или несколькими основаниями калия, соды и извести; редко присутствует барий [5]. Они делятся на две основные группы: калийно-содовые полевые шпаты и известково-содовые полевые шпаты, которые могут присутствовать в одном и том же месторождении или даже сросшиеся в одном кристалле [6].

Синтез цеолитов на основе каолинитовой породы осуществлен прокаливанием каолина при температуре 650 °С, с добавлением рассчитанным количеством NaOH [7]. Коренная порода содержащая скаполит и калиевый полевой шпат использована для получения цеолита [8]. На основе оксида алюминия и кремнезема (каолин, боксит, кремнезем и полевой шпат) получены цеолиты, в зависимости от рецептур партий [9]. Отходы каолина с химическим составом каолинита (Al₂Si₂O₅(OH)₄) [10], угольная зола [11], источник глинозема и кремнезема [12] использовалась для получения молекулярных цеолитовых сит из-за существующей экологической привлекательности сокращения запасов этого остатка в мире.

Целью данной работы является ИК-спектроскопические исследования полевого шпата месторождений Лангара (Узбекистан) для дальнейшего получения цеолита на их основе.

Методы исследования. Исследование полевого шпата проводилось в несколько этапов: полевой отбор, отбор мономинеральных фракций, рентгенометрическая съемка, обработка рентгенограмм [13]. Съемка производилась на дифрактометре ДРОН-3М с помощью CuK₁-излучения методом Дебая – Шеррера с фокусировкой по Брэггу – Брентано [14]. Каждая кристаллическая фаза дает индивидуальную дифракционную картину, определяемую положением линий и их интенсивностью. Рентгенограмма смеси нескольких фаз является результатом наложения рентгенограмм каждой из них. Поэтому определение одной фазы или смеси нескольких фаз может быть произведено путем сравнения рентгенограмм известных и исследуемого веществ.

Результаты и их обсуждение. Исследование структурных и химических особенностей полевых шпатов отличается от вмещающих гранитов как по составу, так и по рудоносности [15]. Определение фазового состава смесей минералов осложняется тем, что одна и та же линия на рентгенограмме может принадлежать одновременно нескольким фазам. Для этого на рентгенограмме выделяют самую интенсивную линию [16].

Рисунок 1. Ренгенофазный анализ образов месторождений Лангара

Характерные интенсивные линии в области от 20^о до 30 углового отражения соответствуют кварцу и доломиту. Минералогический состав образца 1 отличается тем, что среди минералов явно доминируют гипс (37,3%), кварц (22,2%), анортит (12,6%), в меньшем количестве представлен доломит (4,6%) и преимущественно альбит (8,8%). Содержание бутлерита (7,2%), микроклина (6,2%). При этом степень кристаллизации составляет 45,60% и массовое аморфное содержание равно 54,40%.

На рисунке 1 интенсивность рентгеновских лучей образца №2 с длинной волны 295 Å показывает наличие анортита, 115 и 129 Å - микроклина и мусковита соответственно. Массовая доля кварца 5,7%, альбита - 21,1%. Степень кристаллизации - 62,39%, аморфное содержание от массовой доли - 37,61%.

При исследовании образца №3 идентифицировали один из основных рудных минералов K(AlSi₃O₈) который составлял 34,8% от массовой доли, в то время как длины волны 133 Å позволил установить присутствие санидина угол между гранями от 20°24' до 30°50'. Кварц (7,5%), мусковит (12,2%), микроклин (5,2%), доломит (9,2%), гипс (8%), бутлерит (4,2%), биотит (4,4%), анортит (8,5%), альбит (5,9%) отражались в широкие длины волн 20, 134, 138, 16, 22, 100, 81, 312, 133 Å соответственно.

Количественный анализ образца №4 показал простейшый минералогический состав по происхождению. Так, микроклин составлял 44,8% от общей массы. При этом биотит, анортит и альбит идентифицированы в областях 139, 342, 130 Å в долях 13,3%, 16,4% и 13% от общей массы. Степень кристаллизации равна 54,63%.

В ходе изучения химического состава четырёх образцов месторождений Лангара было установлено, что основным «строительным кирпичиком» этих соединений являются атомы кремния или алюминия, окруженные четырьмя атомами кислорода – кремне(алюмо)кислородный тетраэдр SiO₄(AlO₄) [17]. Таким образом исследуемые образцы, согласно литературным данным [18], могут служит в качестве сырья для синтеза цеолитов.

Выводы. Результаты рентген-фазного анализа полевых шпатов месторождений Лангара показали, что основным структурным каркасом минералов являются анортит (CaAl₂Si₂O₈) в пределах от 8,5% до 16,4%, микроклин (KAlSi₃O₈) - от 5,2% до 44,8%(образец №4) и альбит (NaAlSi₃O₈) - от 5,9% до 21,1% в процентных долях. Таким образом, данные исследования позволили сделать вывод о том, что перспективным является синтез кальциевой и натриевой формы цеолитов на основе данных полевых шпатов. Кроме этого кристаллические структуры полевых шпатов позволяют получить цеолитовые адсорбенты с пористой структурой.

Список литературы:

1. Zahradník, J.; Jirásek, J.; Starý, J.; Sivek, M. Production, Reserves, and Processing of Feldspar and Feldspathoid Rocks in the Czech Republic from 2005 to 2019—An Overview. Minerals 2020, 10, 722. https://doi.org/10.3390/min10080722
2. Зенина К.С., Небера Т.С., Коноваленко С.И. Полевой шпат щелочно-гранитного комплекса Халдзан-Бурэгтэг (Западная Монголия): особенности структуры и химического состава.// Известия Томского политехнического университета. Том 327 № 10 (2016). С.94-106.
3. Türk, T.; Üçerler, Z.; Burat, F.; Bulut, G.; Kangal, M.O. Extraction of Potassium from Feldspar by Roasting with CaCl2 Obtained from the Acidic Leaching of WollastoniteCalcite Ore. Minerals 2021, 11, 1369. https://doi.org/10.3390/min11121369
4. Olupot P.W., Jonsson, S, Byaruhanga, J. K. “Characterization of Feldspar and Quartz Raw Materials in Uganda for Manufacture of Electrical Porcelains” J. Aust. Ceram. Society 42[1] (2006)29-35.
5. Raszewski, Zbigniew et al. “Influence of silanized silica and silanized feldspar addition on the mechanical behavior of polymethyl methacrylate resin denture teeth.” The Journal of prosthetic dentistry vol. 123,4 (2020): 647.e1-647.e7. doi:10.1016/j.prosdent.2019.12.007
6. Jin, S.; Xu, H.; Lee, S. Revisiting the Bøggild Intergrowth in Iridescent Labradorite Feldspars: Ordering, Kinetics, and Phase Equilibria. Minerals 2021, 11, 727. https://doi.org/10.3390/min11070727
7. Novembre, D., Gimeno, D. & Del Vecchio, A. Synthesis and characterization of Na-P₁ (GIS) zeolite using a kaolinitic rock. Sci Rep 11, 4872 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-84383-7
8. Colella, C., & Gualtieri, A. F. (2007). Cronstedt’s zeolite. Microporous and Mesoporous Materials, 105(3), 213–221. doi:10.1016/j.micromeso.2007.04.056
9. Nyankson, E. & Efavi, Johnson & Yaya, Abu & Manu, Gloria & Asare, Kingsford & Daafour, Joseph & Yeboah Abrokwah, Richard. (2018). Synthesis and Characterisation of Zeolite-A and Zn Exchange Zeolite-A based on Natural Aluminosilicates and their Potential Applications. Cogent Engineering. 5. 10.1080/23311916.2018.1440480.
10. Vasconcelos, A.A.; Len, T.; de Oliveira, A.d.N.; Costa, A.A.F.d.; Souza, A.R.d.S.; Costa, C.E.F.d.; Luque, R.; Rocha Filho, G.N.d.; Noronha, R.C.R.; Nascimento, L.A.S.d. Zeolites: A Theoretical and Practical Approach with Uses in (Bio)Chemical Processes. Appl. Sci. 2023, 13, 1897. https://doi.org/10.3390/app13031897
11. Belviso, C.; Abdolrahimi, M.; Peddis, D.; Gagliano, E.; Sgroi, M.; Lettino, A.; Roccaro, P.; Vagliasindi, F.G.A.; Falciglia, P.P.; Di Bella, G.; et al. Synthesis of zeolite from volcanic ash: Characterization and application for cesium removal. Microporous Mesoporous Mater. 2021, 319, 111045.
12. Vigil de la Villa Mencía, R., Goiti, E., Ocejo, M., & Giménez, R. G. (2019). Synthesis of zeolite type analcime from industrial wastes. icroporous and Mesoporous Materials, 109817. doi:10.1016/j.micromeso.2019.1098
13. Богомазова Е.В., Астапова Е.С. Зависимость параметров ячейки Бравэ от Al-Si-упорядоченности полевошпатовых силикатов верхнего Приамурья. Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского, no. 6-1, 2009, pp. 51-55.
14. Трушин В.Н., Андреев П.В., Фаддеев М.А. Рентгеноский фазовый анализ поликристаллических материалов. Электронное учебно-методическое пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2012. – 89 с.
15. Трунилина В. А., Орлов Ю. С., Иванов А. И., Роев С. П. К петрологии микроклин-альбитовых гранитов кестерского месторождения Природные ресурсы Арктики и Субарктики , no. 4 (84), 2016, pp. 45-51.
16. Мамедова Г.А. Гидротермальный синтез цеолита ZSM-10. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Естественные науки», 2018, №. 5 Т.80, С. 125-133.
17. Шульц М.М. Силикаты в природе и практике человека. Соросовский образовательный журнал, 1997, № 8. С.18-24.
18. Восмериков, А. А. Получение Zn-алюмосиликатов и исследование их свойств в процессе ароматизации пропана // Сборник тезисов ХХI Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. – 2019. – Т. 4. – С. 50.