Кіріспе
Филосиликаттар минералды қоспасы
Смектит (; ; ) – әртүрлі ісіп кеңейетін қабатты силикаттардан (филосиликаттардан) тұратын минералды қоспа, олар 2:1 (TOT) үш қабатты құрылымға ие және саз минералдарына жатады. Смектиттер негізінен монтмориллионттен тұрады, бірақ жиі кварц және кальцит сияқты екіншілік минералдарды да қамтиды.
Терминология
Балшық минералогиясында смектит – монмориллионның синонимі (сонымен қатар таза балшық минералды фазаның атауы), осы кластағы суып кетуге бейім балшықтарды көрсету үшін қолданылады. Еуропа мен Ұлыбританияда смектит термині жиі қолданылса, Солтүстік Америкада монмориллион термині көбірек таралған, бірақ екі термин де мағынасы бірдей және бір-бірін алмастыруға болады. Өндірістік және коммерциялық салаларда смектит немесе монмориллионт орнына көбінесе бентонит термині қолданылады.
Минералогиялық құрылысы
2:1 қабат (TOT) құрылымы электростатикалық түрде Al2O3 (гиббзит) немесе Fe2O3 сегіз қырлы (O) орталық қабаты арқылы байланысқан екі кремний (SiO2) тетраэдрлі (T) қабаттан тұрады. TOT элементарлық қабаттары бір-бірімен мықты байланысқан емес, олар бос кеңістікпен бөлінеді: аралық қабатта гидратталған катиондар мен су молекулалары орналасқан. Смектит қабат аралық кеңістікте су мен катиондардың қайтымды түрде енуінің нәтижесінде ісіне алады. TOT қабаттары екі сыртқы кремний тетраэдрлі қабатта кремнийдің (Si(IV)) атомдарының алюминийдің (Al(III)) атомдарымен изоморфты алмасуынан және ішкі гиббзит сегізбұрышты қабатында алюминийдің (Al(III)) немесе темірдің (Fe(III)) атомдарының магнийдің (Mg2+) немесе темірдің (Fe2+) катиондарымен алмасуынан теріс заряд алады. Кремнийдің (Si(IV)) +4 заряды, әдетте айналасындағы оттегі атомдарының -4 зарядымен теңестіріледі, бірақ кремнийдің (Si(IV)) алюминиймен (Al(III)) алмасуынан +3 зарядқа ие болып, электрлік тепе-теңсіздік туындайды: +3 −4 = −1. TOT қабатындағы теріс зарядтың артығы аралық қабаттағы оң катиондардың болуымен толықтырылуы керек. Бұл принцип гиббзит октаэдрінде алюминийдің (Al3+) ионы магнийдің (Mg2+) ионымен алмастырылған кезде TOT элементарлық бірлігінің гиббзит орталық қабатына да қатысты. Электрлік тепе-теңсіздік: +2 −3 = −1.
Қалқыма процесінде аралық қабаттағы катиондардың рөлі
Смектит аралық қабаттарындағы негізгі катиондар Na+ және Ca2+. Натрий катиондары смектиттің ең жоғары ісінуіне жауапты, ал кальций иондарының ісіну қасиеттері төмен. Кальций смектитінің ісіну қабілеті натрий смектитіне қарағанда айтарлықтай аз, бірақ кепкен кезде қысқаруға бейімділігі де төмен. Катиондардың гидратация дәрежесі және олардың сәйкес гидратталған радиусы филосиликаттардың ісіну немесе қысқару әрекетін түсіндіреді. Mg2+ және K+ иондары сияқты басқа катиондар одан да зор контрастты әсер көрсетеді: жоғары гидратацияланған магний иондары вермикулиттегідей (толық кеңейген аралық қабат) "ісінуге" бейім, ал нашар гидратацияланған калий иондары иллиттегідей (толық құлаған аралық қабат) "қысқаруға" бейім. Смектиттердің аралық кеңістігі ашық болғандықтан, су мен катиондарға оңай қол жеткізіледі, сондықтан смектиттер топырақта көп кездесетін саз минералдарының ең жоғары катион алмасу қабілетіне (CEC) ие. Тек одан да көп ісінетін вермикулит және ішкі каналды құрылымы бар кейбір сирек алюмино-силикат минералдары (зеолиттер) ғана смектитке қарағанда жоғары CEC көрсетуі мүмкін.
Құрылу процесі
Смектиттер базальт, габбро және кремнийге бай жанартау шынысының (мысалы, пемза, обсидиан, риолит, дацит) үгілуінен пайда болады. Көптеген смектиттер вулкандық гидротермальдық жүйелерде (мысалы, гейзерлер жүйесінде) қалыптасады, онда ыстық су кеуекті матрица арқылы немесе жанартау күлінің шөгінділеріндегі жарықтар (пемза, позолан) арқылы өтеді және аморфты кремнийдің көп бөлігін ерітеді (SiO2-нің 50 салмақ пайызына дейін еріуі мүмкін), смектитті өз орнында қалдырады. Осы механизм Андалусияның оңтүстік-шығысындағы (Испания) Альмерия аймағындағы Кабо-де-Гатаның (Serrata de Nijar) бентонит кен орнының қалыптасуына жауапты. Вайоминг MX 80 бентониті де Крида кезеңінде американ құрлығындағы ішкі теңізге жанартау күлінің түсуі кезінде осы сияқты жолмен пайда болған. Өте кеуекті (үлкен және оңай қол жетімді нақты беті бар) және өте реакцияға бейім жанартау күлі теңіз суымен жылдам әрекеттесті. Кремний қышқылының гидролизі нәтижесінде кремнийдің көп бөлігі теңіз суында еріп, күлден алынып тасталды, соның нәтижесінде смектиттер пайда болды. Көптеген теңіз саздарында табылған смектиттер көбінесе осылай қалыптасады, мысалы, Бельгияда табылған және смектиттерге өте бай Ypresian Clay саздары.
Өнеркәсіптік қолдану
Смектиттер өте алуан түрлі өнеркәсіптік салаларда жиі қолданылады. Азаматтық құрылыс жұмыстарында, олар әдетте терең және тар траншеяларды қазу кезінде қабырғаларды тұрақтандыру және олардың құлауын болдырмау үшін қалың бентонит суспензиясы ретінде қолданылады. Ол сондай-ақ бұрғылау сұйықтықтары үшін балшық ретінде де пайдаланылады. Смектиттер, көбінесе бентонит деп аталатын, терең геологиялық қоймаларда жоғары деңгейлі радиоактивті қалдықтардың айналасындағы кеңістікті толтыру үшін буферлік және кері толтыру материалдары ретінде қарастырылады. Смектиттер бояуларға қоспа ретінде немесе түрлі дайындымалар үшін қоюлатушы зат ретінде де қолданылады.