Żłoża

Zobacz slidy

Treść prezentacji

Slide 1

Surowce ilaste Surowce ilaste są to surowce zawierające minerały ilaste jako podstawowy składnik. Minerały ilaste odgrywają dużą rolę w naszym codziennym życiu. Niektórzy autorzy uważają wręcz, że bez nich nie powstało by to życie: przypisywana jest im rola katalizatorów przy powstaniu pierwszych związków organicznych z których rozwinęły się pierwsze formy życia zdolne do reprodukcji. Minerały ilaste są krzemianami charakteryzującymi się niemal zawsze warstwową strukturą krystaliczna. Stąd ogólniejsza nazwa dla zdecydowanej większości minerałów ilastych używana w mineralogii to krzemiany warstwowe a te nie występują wyłącznie we frakcji ilastej (0.004 mm).

Slide 2

Wyróżniamy warstwy oktaedryczne zawierające uporządkowane w (pseudo)heksagonalny wzór ośmiościany np. [AlO3(OH)3]4- , oraz warstwy tetraedryczne zawierające uporządkowane również w (pseudo)heksagonalny wzór czworościany, głównie [SiO4]4-. Małe kationy metali umieszczone są w środku, natomiast atomy tlenu lub grupy hydroksylowe (OH-) umieszczone są w narożach czworo- i ośmiościanów. Warstwy tetraedryczne Warstwy oktaedryczne

Slide 3

Warstwy te połączone są w pakiety. Jedna warstwa tetraedryczna połączona z warstwą oktaedryczną daje pakiet typu 1:1, natomiast dwie warstwy tetraedryczne połączone z warstwą oktaedryczną formują pakiet typu 2:1. Pakiet typu 1:1 Pakiet typu 2:1

Slide 4

Kaolinit Talk Ponadto nie wszystkie pozycje strukturalne we wnętrzu oktaedrów muszą być zapełnione. Gdy statystycznie na trzy pozycje dwie są zajęte przez kationy (zwykle trójwartościowe) a jedna jest pusta (zwana wówczas wakancją), mówimy o minerale dioktaedrycznym (np. kaolinit). Gdy liczba zajętych przez kationy (wówczas zwykle dwuwartościowe) pozycji jest bliska lub równa trzy, mówimy o minerale trioktaedrycznym (np. talk).

Slide 5

W zależności od podstawień izomorficznych kationów o różnym ładunku elektrycznym w obrębie warstw (np. Si4Al3 w obrębie warstw tetraedrycznych, Al3Mg2 w obrębie warstwy oktaedrycznej) pakiety mogą posiadać ujemny ładunek elektryczny. Ładunek ten jest balansowany przez obecność kationów międzypakietowych, łączących naładowane pakiety.

Slide 6

Niekiedy zamiast kationów międzypakietowych występuje warstwa metalohydroksylowa, wówczas mamy do czynienia z pakietem typu 2:1:1. Zwykle wiązania między pakietami są słabe, stąd wynika bardzo dobra łupliwość kryształów, blaszkowy pokrój oraz szereg właściwości fizykochemicznych minerałów ilastych (zdolność do pęcznienia, duża powierzchnia właściwa, plastyczność, wymiana jonowa i in.). Te cechy liczba warstw w pakiecie, ładunek pakietu oraz charakterystyka chemiczna warstwy oktaedrycznej są podstawą do klasyfikacji minerałów ilastych. Wyróżniamy siedem głównych grup.

Slide 7

Grupa kaolinitu i serpentynu Dioktaedrycznymi krzemianami warstwowymi o typie pakietu 1:1 bez ładunku elektrycznego pakietów minerały z podgrupy kaolinitu - Al4Si4O10(OH)8. Ich trioktadrycznymi odpowiednikami są minerały z podgrupy serpentynu Mg6Si4O10(OH)8. Grupa talku i pyrofyllitu Dioktaedrycznymi krzemianami warstwowymi o typie pakietu 2:1 bez ładunku elektrycznego pakietów są minerały z podgrupy pyrofyllitu - Al4Si8O20(OH)4. Ich trioktaedrycznymi odpowiednikami są minerały z podgrupy talku Mg6Si8O20(OH)4. Grupa miki Krzemianami warstwowymi o ładunku pakietu równym 1,8-2,0e na jednostkę wzoru [O 20(OH)4] są minerały z podgrupy mik dioktaedrycznych np. muskowit K 2Al4Al2Si6O20(OH)4. Przedstawicielem podgrupy mik trioktaedrycznych jest flogopit - K 2Mg6Al2Si6O20(OH)4. Grupa wermikulitu Krzemianem warstwowym o ładunku pakietu równym 1,2-1,8 na jednostkę wzoru [O 20(OH)4], trioktaedrycznym jest wermikulit - [Mg0.54H2O] (Mg,Fe2)3Si6Al2O10(OH)2. Grupa smektytu Krzemianami warstwowymi o ładunku pakietu równym 0,5-1,2 na jednostkę wzoru [O 20(OH)4], należą do tej grupy np. montmoryllonit (Na,Ca) 0,3-0.6Al3.4Mg0.6Si8O20(OH )4, beidellit M0.6Al4Si7.4Al0.6O20(OH )4, nontronit M0.6Fe34Si7.4Al0.6O20(OH )4. Grupa chlorytów Przykładowym chlorytem dioktaedrycznym jest donbasyt Al 4Si8O20(OH)4Al4(OH)12 ładunek pakietu około 2e Grupa pałygorskitu i sepiolitu krzemiany warstwowo-wstęgowe.

Slide 8

Klasyfikacja krzemianów warstwowych Typ pakietu Grupa (x ładunek na jednostkę wzoru krystalochemicznego) 1:1 Kaolinitu-serpentynu x0 Kaolinitu (dioktaedryczny) Kaolinit, dikit, nakryt haloizyt Serpentynu (trioktaedryczny) Chryzotyl, lizardyt, amezyt Pirofyllitu-talku x0 Pirofyllitu (dioktaedryczny) Pirofyllit Talku (trioktaedryczny) Talk Smektytów x 0.2-0.6 Smektytów dioktaedrycznych Montmorillonit, beidellit Smektyty trioktaedrycznych Saponit, hektoryt, saukonit Wermikulitu x 0.6-0.9 Wermikulitu dioktaedrycznego Wermikulit dioktaedryczny Wermikulitu trioktaedrycznego Wermikulit trioktaedryczny Miki dioktaedrycznej Muskowit, paragonit Miki trioktaedrycznej Flogopit, biotyt, lepidolit Miki kruchej dioktaedrycznej Margariyt Miki kruchej trioktaedrycznej Klintonit, anandyt Chlorytów dioktaedrycznych Donbasy Chlorytów di-trioktaedrycznych Cookeit, sudoit Chlorytów trioktaedrycznych Klinochlor, szamosyt, nimit 2:1 Miki (łyszczyki) x 0.9-1.0 Miki kruchej x2 2:1:1 Chlorytów x zmienne 1.1.-3.3 Podgrupa Kilka przykładów minerałów

Slide 9

Klasyfikacja surowców ilastych z uwagi na możliwości wykorzystania: Surowce ogniotrwałe Surowce ceramiczne Surowce ceramiki budowlanej Surowce sztucznych lekkich tworzyw ceramicznych Surowce bentonitowe Surowce kaolinowe Surowce formierskie, surowce dla przemysłu cementowego Surowce chemiczne

Slide 10

Statystycznie najbardziej powszechnymi naukowymi metodami badawczymi zalecanymi przez naukowców do badań surowców ilastych są: - dyfrakcja promieni rentgenowskich ( XRD); - spektroskopia w podczerwieni (FTIR); - różne metody analizy składu chemicznego, w tym fluorescencja rentgenowska (XRF); - określenie pojemności jonowymiennej (CEC); - skaningowa i transmisyjna mikroskopia elektronowa (SEM,TEM); - metody analizy termicznej (DTA, TGA); - analiza wielkości ziaren i określenie powierzchni właściwej (BET); Oprócz tego bada się szereg właściwości technicznych surowców ilastych: barwę po wypaleniu, wytrzymałość, ogniotrwałość, stopień plastyczności i wiele innych.

Slide 11

Mapa zawartości K We Bi rmik oty ul it t Obraz BSE Mapa zawartości Fe Mapa zawartości Mg

Slide 12

Kationy oktaedryczne Drgania OH Mg4,30Fe0,82Mn0,02Ni0,15Al0,65Cr0,05Ti0,01 3706 Mg3OH 3667 Mg2Fe2OH 3575 Mg2Al3OH Zakres drgań sieciowych Pasma absorpcji wody Zakres drgań rozciągających OH

Slide 13

Obraz SEM ziaren łyszczyków

Slide 14

Dyfrakcja rentgenowska (X-rays Diffraction XRD) jest szybką techniką identyfikacji faz krystalicznych. Pr om ien i nλ 2d sin Θ ow an ie X (równanie Bragga) o dł ug oś ci f t de t ek or al iλ W dyfraktometrii proszkowej zmieniającą się wartością jest kąt Θ. Promieniowanie powinno być monochromatyczne (dla lampy Cu λ1,54 Å dla lampy Co λ1,79 Å). n- liczba całkowita, d- odległość międzypłaszczyznami kryształu dającymi refleks.

Slide 15

Dane uzyskane w wyniki przeprowadzenie badań rentgenowskiej dyfrakcji proszkowej są prezentowane zwykle w postaci dyfraktogramu

Slide 16

Główne refleksy niektórych minerałów - d (A, intensywność względem najsilniejszego) Kwarc 3.342(1), 4.257(0.22), 1.8179(0.14) Kalcyt 3.035(1), 2.095(0.18), 2.285(0.18) Biotyt 3.37(1), 10.1(1), 2.66(0.8) Mg-Hornblenda 3.14(1), 8.51 (0.55), 2.72(0.35) Chryzotyl 7.32(1), 3.65(0.7), 4.57(0.5) Wermikulit 14.4(1), 2.88(0.1), 3.57(0.1)

Slide 17

Surowce ilaste stanowią około 16 skał powierzchni Ziemii (20 km głębokości)

Slide 18

Zastosowania surowców ilastych

Slide 19

Złoża surowców ilastych często towarzyszą kruszcom, surowcom energetycznym (węglowodory, węgiel kamienny i brunatny). Zwykle projekty zagospodarowania złoża skoncentrowane były na jednym, głównym celu i wiele wartościowych kopalin towarzyszących pozostawało nieodzyskane. Nowoczesna strategia zagospodarowania złoż obejmować powinna zintegrowane wydobycie podczas którego wszystkie potencjalne surowce są rejestrowane a ich zasoby są oszacowane znane są kuriozalne sytuacje, gdy bezpowrotnie zniszczono złoża surowców ilastych o wartości większej niż główny cel wydobycia. Przykładem jest czeskie złoże wartościowych iłów (mocno zmieniony fonolit) zawierających znaczne ilości TiO2 (anataz - do 14 ) nierozpoznane w porę i przysypane z powrotem zanim można było oszacować wartość materiału. Oczywiście harmonogram wydobywania głównego surowca jest czasem na tyle sztywny, że bardzo utrudnia zagospodarowanie kopalin towarzyszących. W Polsce przykładem stracenia cennego surowca jest złoże Turów, gdzie pogrzebano znaczne ilości wysokiej jakości czystych kaolinów iłów plastycznych. Stąd wymagane jest niekiedy uproszczenie procedur badawczych dotyczących selekcji próbek i strategii badawczej. Najważniejsze dla surowców ilastych jest uzyskanie informacji o składzie mineralnym, właściwościach chemicznych, teksturze oraz o długoterminowym zachowaniu się surowców ilastych w różnych warunkach.

Slide 20

Wiele z tych złóż związanych jest ze złożami węgla brunatnego. Występujące często w nadkładzie tych złóż plastyczne iły illitowe z domieszką kaolinitu, smektytów, chlorytów, minerałów mieszanopakietowych illitsmektyt, klastycznych mik i kwarcu są doskonałym surowcem ceramiki budowlanej. Często złoża surowców ilastych głównie kaolinitu - towarzyszą w formie soczew, warstw lub przewarstwień złożom węgla kamiennego. Surowce te są stosowane w produkcji wyrobów ogniotrwałych. Znane są przypadki uzyskiwania surowców ilastych ze złóż kruszców np. rud wolframu, cyny. Przykładem są zmienione w różnym stopniu granity zawierające kasyteryt, wolframit. Po odzyskaniu tych surowców pozostała część wydobytego materiału często może być wykorzystana przynajmniej w przemyśle ceramicznym.