Структурное состояние и трансформации форм кремнезема в кремнистых и цеолитсодержащих карбонатно-кремнистых породах

• Автор: Ильичёва, Ольга Михайловна
• Шифр специальности: 25.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Оглавление
Введение
ГЛАВА 1 ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ КРЕМНИСТОГО ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ. СТРУКТУРНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ, ДИАГНОСТИКА, ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ КРЕМНЕЗЕМА В ОСАДОЧНЫХ ПОРОДАХ

1.1 История кремненакопления

1.1.1 Классификация кремнистых пород

1.1.2 Схемы кремненакопления

1.2 Структурная упорядоченность минеральных форм кремнезема

1.2.1 Регистрация и количественная оценка свободного кремнезема методом рентгеновской дифракции

1.2.2 Кристаллическое состояние диоксида кремния

1.2.3 Структурно-разупорядоченное состояние диоксида кремния

1.2.4 Рентгеноаморфное состояние диоксида кремния

1.3 Фазово-структурные трансформации минералов кремнезема
1.3.1 Структурные изменения кремнезема в процессе диагенеза
1.3.2 Растворимость кремнезема
1.3.3 Термическое поведение
1.4 Области применения кремнистых пород
1.5 Выводы по главе
ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Выбор объектов и подготовка образцов
2.2 Обработка образцов
2.2.1 Получение керамических материалов
2.3 Методы исследований
2.3.1 Метод рентгеновской дифрактометрии
2.3.2 Комплекс дополнительных методов исследования
2.3.2.1 Анализ элементного состава методом атомной эмиссии с индуктивно связанной плазмой
2.3.2.2 Электронно-микроскопические исследования
2.3.2.3 Термические методы анализа
2.3.2.4 Расчет технологических параметров керамических материалов
ГЛАВА 3 МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД И СООТНОШЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ В ПОСТРОЙКЕ СТРУКТУРЫ ОПАЛ-КРИСТОБАЛИТ-ТРИДИМИТОВОЙ ФАЗЫ
3.1 Минеральный состав изучаемых пород

3.2 Соотношение полиморфных модификаций кремнезема в ОКТ-фазе
3.3 Выводы по главе
ГЛАВА 4 СТРУКТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ ОПАЛ-КРИСТОБАЛИТ-ТРИДИМИТОВОЙ ФАЗЫ ПО ГЛУБИНЕ ЗАЛЕГАНИЯ ПОРОД
4.1 Исследование опок месторождения Каменный Яр
4.1.1 Вещественный состав
4.1.2 Рентгенографическая характеристика ОКТ-фазы
4.1.3 Рентгенографическая характеристика кварца
4.2 Исследование цеолитсодержащей карбонатно-кремнистой породы Рубасчайской площади
4.2.1 Вещественный состав
4.2.2 Рентгенографическая характеристика ОКТ-фазы
4.3 Исследование трепеловидных глин Восточной площади
4.3.1 Вещественный состав
4.3.2 Рентгенографическая характеристика ОКТ-фазы
4.4 Выводы по главе
ГЛАВА 5 ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ КРЕМНЕЗЕМА
5.1 Подготовка лабораторно-технологических проб
5.2 Исследование структурно-фазовых изменений ОКТ-фазы при химической активации
5.3 Структурно-фазовые трансформации ОКТ-фазы при высоких температурах
5.4 Практическое использование осадочных пород с высоким содержанием кремнезема в качестве сорбентов
5.5 Практическое использование осадочных пород с высоким содержанием кремнезема для получения керамических материалов
5.6 Выводы по главе
Основные результаты и выводы
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы
Приложение А Исходные данные для расчетов методом Ритвельда по
данным «¥¥У-МИНКРИСТ»
Приложение Б Рентгенограммы образцов

Введение
Кремнистые и цеолитсодержащие карбонатно-кремнистые (ЦКК) породы относятся к распространенной группе осадочных пород. В зависимости от структурно-фазовых особенностей кремнезема широко варьируются свойства кремнистого сырья, что определяет область его применения. Так, наличие активного кремнистого вещества обуславливает высокую гидравлическую активность такого сырья, возможность использования в качестве адсорбентов, осушителей, катализаторов, фильтровальных и теплоизоляционных материалов, носителей и наполнителей.
Опал-кристобалит-тридимитовая фаза (или ОКТ-фаза) является основным полезным компонентом опок, трепелов и ЦКК пород. В структурном отношении ее принято представлять как механическую смесь кристаллических и скрытокристаллических разновидностей кремнезема: рентгеноаморфного опала, кристобалита и тридимита и ограничиваются при этом оценкой суммарного содержания ОКТ-фазы. Однако, исследование структурных особенностей и механизмов фазовых трансформаций ОКТ-фазы позволит направленно выбирать режимы переработки осадочных кремнистых пород и расширить область применения кремний-содержащего сырья: в аграрном секторе, строительной отрасли и нефтегазодобывающей промышленности, в качестве адсорбента, инертного наполнителя в цемент, для производства жидкого стекла или керамики. В связи с этим, очевидна важность не только количественной оценки содержания кремнезема, но и определение его структурной формы, в том числе и в процессе технологического передела.
В связи с этим очевидна актуальность детального изучения структурного состояния кремнезема и выявления взаимосвязей состав-структура-свойства для оценки качества сырья и разработки технологий переработки.
Цель исследований - установление структурных форм кремнезема в кремнистых и цеолитсодержащих карбонатно-кремнистых породах и их трансформационные переходы в процессах технологической переработки.

Влияние температуры на переход из одной фазы в другую в основном следует из порядка термодинамической устойчивости чистых фаз. Однако, в зависимости от несоответствия размера иона и размера кристаллической ячейки, переход на некоторые из полиморфов не происходит.
Рассмотрим подробнее некоторые из них.
а) Температурные трансформации кварца.
Большая часть свободного кремнезема в земной коре встречается в виде низкотемпературной модификации а-кварца, что связано с большим диапазоном его стабильного существования при различных условиях давления и температуры (РТ-условия). Высокотемпературная полиморфная модификация Р-кварца не встречается на поверхности в силу обратимости реакции перехода а-Р кварца при 573°С.
На рисунке 1.10 показана кристаллическая структура аир кварца. Мгновенное преобразование а-Р включает в себя регулировку валентных углов; связи при этом не нарушаются. При нагреве происходит смещение по оси с ди-тригонального а-кварца в гексагональную ось в высокотемпературном Р-кварце. Следует отметить, что микрокристаллический кварц в отличие от макрокристаллического не имеет четкой точки инверсии. Инверсия имеет место в интервале порядка 50°С в виде широкой полосы на ДТА кривой со слабым эндотермическим эффектом [85].
Рисунок 1.10 - Кристаллическая структура температурных модификаций кварца: а - слева и р - справа.