Палигорскит и аттапульгит: свойства, структура и применение.

Введение

Минерал магний-алюминиевый филлосиликат

Палигорскит или атапульгит — это магний-алюминиевый филлосиликат с химической формулой |(Mg,Al)2Si4O10(OH)·4(H2O), который встречается в виде глинистой почвы, распространенной на юго-востоке Соединенных Штатов. Он является одним из видов фуллерсовой земли. Небольшие месторождения этого минерала можно найти в Мексике, где его использование связано с производством синего майя в доколумбовую эпоху.

Имя

Палигорскит был впервые описан в 1862 году по образцам из месторождения Палигорское, расположенного на реке Поповка, в Среднем Урале, Пермской области, Россия.

Свойства

Аттапульгитные глины представляют собой композит смектита и палигорскита. Смектиты – это глины с расширяющейся решеткой, бентонит является общеизвестным обобщенным названием для смектитовых глин. Компонент палигорскита представляет собой игольчатую кристаллическую форму, которая не набухает и не расширяется. Аттапульгит формирует гелевые структуры в пресной и соленой воде, создавая решетчатую структуру частиц, соединенных водородными связями. В отличие от некоторых бентонитов (богатых натрием монтмориллонитов), аттапульгит способен гелироваться в морской воде, образуя гелевые структуры в соленой воде, и используется в специальных буровых растворах для соленых скважин при бурении пластов, загрязненных солью. Частицы палигорскита можно рассматривать как заряженные частицы с зонами положительных и отрицательных зарядов. Взаимодействие этих чередующихся зарядов позволяет им формировать гелевые суспензии в соленой и пресной воде. Аттапульгитные глины, обнаруженные в районе Meigs Quincy, представляют собой пучки частиц палигорскита длиной от 2 до 3 мкм и диаметром менее 3 нм. Эти пучки окружены матрицей смектитовых глин, которые слегка набухают. Сухие марки содержат до 25% неаттапульгитового материала в виде карбонатов и других минеральных включений. Обработка глин включает сушку и измельчение сырой глины до определенного распределения по размерам частиц с определенным диапазоном вязкости геля, измеряемым различными методами в зависимости от области применения. Гелевые аттапульгиты, полученные сухим способом, используются в широком спектре применений благодаря своим свойствам суспендирования, армирования и связывания. Краски, герметики, клеи, шпатлевки для лент, катализаторы, суспензионные удобрения, средства для подавления лесных пожаров, литейные покрытия, суспензии для кормов животных и связующие для молекулярных сит – это лишь некоторые примеры применения аттапульгита, полученного сухим способом. Смесь 7–10% аттапульгитовой глины с эвтектической солью – декагидратом сульфата натрия (мирабилит или соль Глаубера) – поддерживает безводные кристаллы во взвешенном состоянии в растворе, где они гидратируются во время фазового перехода и, следовательно, способствуют поглощению и выделению тепла при использовании соли Глаубера для аккумулирования тепла. Стабилизация суспензий нанопалигорскита была улучшена с использованием механической дисперсии (магнитное перемешивание, высокоскоростное сдвиговое воздействие и ультразвуковая обработка) и полиэлектролитов (карбоксиметилцеллюлоза, альгинат, полифосфат натрия и полиакрилат натрия) при различных значениях pH. Поверхностная энергия и наношероховатость были изучены на образце палигорскита.

Attapulgite clays are a composite of smectite and palygorskite. Smectites are expanding lattice clays, of which bentonite is a commonly known generic name for smectite clays. The palygorskite component is an acicular bristle like crystalline form that does not swell or expand. Attapulgite forms gel structures in fresh and salt water by establishing a lattice structure of particles connected through hydrogen bonds. Attapulgite, unlike some bentonite (sodium rich montmorillonites), can gel in sea water, forming gel structures in salt water and is used in special saltwater drilling mud for drilling formations contaminated with salt. Palygorskite particles can be considered as charged particles with zones of positive and negative charges. The bonding of these alternating charges allows them to form gel suspensions in salt and fresh water. Attapulgite clays found in the Meigs Quincy district are bundles of palygorskite clay particles between 2 and 3 μm long and below 3 nm in diameter. The bundles are surrounded by a matrix of smectite clays that are slightly swellable. Dry process grades contain up to 25% non attapulgite material in the form of carbonates and other mineral inclusions. Processing of the clays consist of drying and grinding the crude clay to specific particle size distributions with specific ranges of gel viscosity measured by a variety of means depending on the end use. Gel grade, dry processed attapulgites are used in a very wide range of applications for suspension, reinforcement, and binding properties. Paints, sealants, adhesives, tape joint compound, catalysts, suspension fertilizers, wild fire suppressants, foundry coatings, animal feed suspensions, and molecular sieve binders are just a few uses of dry process attapulgite. 7–10% attapulgite clay mixed with the eutectic salt, sodium sulfate decahydrate (mirabilite or Glauber's salt), keeps anhydrous crystals suspended in the solution, where they hydrate during phase transition and hence contribute to the heat absorbed and released when Glaubers salt is used for heat storage. Stabilization of nanopalygorskite suspensions was improved using mechanical dispersion (magnetic stirring, high speed shearing and ultrasonication) and polyelectrolytes (carboxymethyl cellulose, alginate, sodium polyphosphate, and poly(sodium acrylate)) at different pH. Surface energy and nanoroughness were studied in a palygorskite sample.

Медицинское применение

Аттапульгит широко используется в медицине. При приеме внутрь он физически связывает кислоты и токсичные вещества в желудке и пищеварительном тракте. Кроме того, как средство от диареи, считалось, что он действует путем адсорбции возбудителя диареи. По этой причине он использовался в составе ряда противодиарейных препаратов, включая Diar Aid, Diarrest, Diasorb, Diatabs, Diatrol, Donnagel, Kaopek, K Pek, Parepectolin и Rheaban. Его десятилетиями применяют для лечения диареи. До 2003 года препарат Каопектат, продаваемый в США, также содержал аттапульгит. Однако в то время Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) ретроспективно признало медицинские исследования, подтверждающие его эффективность, недостаточными. Формула Каопектата в США была изменена на субсалицилат висмута (розовый висмут). В следующем году (2004) были внесены дополнительные изменения в маркировку; с тех пор Каопектат больше не рекомендовался для детей младше 12 лет. Тем не менее, Каопектат с аттапульгитом по-прежнему доступен в Канаде и других странах. До начала 1990-х годов в Каопектате использовался аналогичный глинистый продукт – каолинит с пектином (отсюда и название).

Строительство

Палигорскит может быть добавлен в известковый раствор с метакаолином для исторически достоверного восстановления кладки на объектах культурного наследия.

В человеческой культуре

Известно, что палигорскит являлся ключевым компонентом пигмента, известного как «синий майя», который широко использовался доколумбовой цивилизацией майя в Мезоамерике для росписи керамики, скульптур, фресок и, вероятно, текстиля. Этот глинистый минерал также применялся майя в качестве средства для лечения некоторых заболеваний, и имеются данные о его добавлении в состав керамической массы. Местонахождение источника палигорскита в регионе майя оставалось неизвестным до 1960-х годов, когда он был обнаружен в сеноте на полуострове Юкатан вблизи современного городка Сакалум, штат Юкатан. В 2005 году было выявлено еще одно возможное место залегания, недалеко от города Тикуль, штат Юкатан. Синтетический пигмент «синий майя» также производился в других регионах Мезоамерики и использовался другими мезоамериканскими культурами, например, ацтеками центральной Мексики. Синяя окраска, встречающаяся на кодексах майя и ацтеков, а также на рукописях и картах раннего колониального периода, в основном обусловлена органико-неорганической смесью листьев аниля и палигорскита с добавлением небольшого количества других минеральных веществ. Человеческие жертвы в постклассической Мезоамерике часто были покрыты этим синим пигментом.