بخشی از مقاله
-1 چکیده
در مطالعه حاضر به منظور بررسی فرآیندهای تغییر فاز مونتموریلونیت ، نمونه ای به عنوان ماده ی اولیه، تحت عنوان مونتموریلونیت از کمپانی سیگما آلدریج آمریکا به صورت پودر تهیه شده و تحت تاثیر محلول های قلیایی، با نسبت های متفاوت کاتیون سدیم با غلظتهای متغیر از 0.5 تا 7.5 در دمای 150 درجه سانتی گراد و زمان واکنشی 96 ساعت مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این مطالعه نشاندهنده سنتز کانی های جدیدی از قبیل انالسیم ، هیدروکسی سودالیت و هیدروکسی کانکرینیت است. جهت ایجاد شرای هیدروترمال از سیستمهای اتو کلاو و برای شناسایی محصولات واکنشی حاصل شده از آنالیزهای XRDاستفاده شده است.
مقدمه
کانی های رسی،محصول نهایی آلتراسیون به شمار می روند و هر کدام از آن ها می توانند تحت شرای خاص از جمله شرای قلیایی و با حضور کاتیون های مختلف تبدیل به مجموعه کانی های مختلفی گردند.مونت موریلونیت از مجموعه کانی های متعلق به گروه اسمکتیت به عنوان یک نانوذره ی رسی عمده ترین فاز موجود در بنتونیت را تشکیل می دهد که ابعاد ان حدود 10 آنگستروم می باشد
این کانی دارای ساختمان 3 لایه ای است که یک آلومینیوم اکتائدری - هشت وجهی - بین دو لایه سیلیس تترائدری - چهار وجهی - قرار می گیرد
اکثر مونت موریلونیت ها از نوع رس های درجا مانده می باشند و ازآلتراسیون سنگ های بازیک یا سایر سیلیکات ها - با پتاسیم کم - تحت شرای قلیایی و با حضور کلسیم و منیزیم تشکیل شده اند.ولی بیشتر زمین با توجه به اهمیت تشکیل کانی های رسی و زئولیتی و سایر کانی های مرتب در محیط های دگرسانی و همچنین بررسی امکان تغییر و تبدیلات این نوع کانی ها در شرایط گرمابی و جابه جایی کاتیونی،مطالعات آزمایشگاهی متعددی بر روی این کانی ها و یا رسوبات مولد صورت گرفته است،از جمله: سوزوکی وهمکاران در سال 2008 به بررسی تغییرات فاز کانی شناسی بنتونیت در محلول های آب نمک دار در محدوده دمایی 90-60 درجه سانتی گراد پرداختند که طی ان بنتونیت به کائولینیت و پیروفیلیت تغییر شکل می دهد.
کوبر و همکاران در سال 1998 آزمایش هایی بر روی بنتونیت ها به وسیله ی محلول های قلیایی در درجه حرارت 100-50 درجه سانتی گراد PH=10.5-12.5انجام دادند و در PH=12.5موفق به سنتز کانی های هیدرات کلسیم و آلومینیوم و هیدرات سیلیکات کلسیم شدند.
با توجه به مطالعات انجام شده بر روی بنتونیت ها،اثر حضور کاتیون ها در تغییر فازهای حاصل از مونت موریلونیت به عنوان کانی اصلی بنتونیت ناشناخته می باشد که موضوع مورد بحث در این طرح خواهد بود.
بنابراین هدف از این مطالعه بررسی محصولات آلتراسیون قلیایی مونت موریلونیت و تاثیر مولاریته ی NaOH در محصولات سنتزی بدست آمده در شرایط آزمایشگاهی نزدیک به شرایط طبیعی زمین است.
مواد و روش های ازمایشگاهی
در این مطالعه به منظور بررسی تغییر فازهای هیدروترمال،مونت موریلونیت پودر شده از شرکت سیگما آلدریچ آمریکا تهیه شده و به عنوان ماده اولیه در نظر گرفته شده است
محلول قلیایی سود NaOH به عنوان منبع یون های Na+و OH-استفاده شده است.محلول قلیایی سود در غلظت های 0.5،1.5،2.5،4،7.5 مولار تهیه شده و در سنتز هیدروترمال مورد استفاده قرار میگیرد.به منظور تهیه محلول قلیایی سود با غلظت های مورد نیاز طبق جدول - 1-1 - ،ابتدا غلظت های مورد نظر ازNaOH خشک را درون بالن ریخته و با مقداری آب مقطر به مدت 30 دقیقه به وسیله ی همزن مغناطیسی Heidolph MR,3001K با 300rpm به طور کامل هم زده شد تا محلول یکنواختی حاصل شود.
در مرحله بعد مقدار 5 گرم از مونت موریلونیت پودر شده را به آن اضافه کرده وحجم کل محلول را به 100 میلی لیتر رسانده و روی همزن به مدت 30 دقیقه قرار داده شد تا کاملا همگن شود،سپس برای مهیا کردن شرای هیدروترمال، محلول را به ظروف اتوکلاو تفلونی منتقل کرده و داخل آونی با دمای 150 درجه سانتی گراد و به مدت 96 ساعت قرار داده شد.پس از گذشت زمان مورد نظر،اتوکلاو را از آون خارج کرده و مواد داخل آن در کاغذ صافی ریخته شد و پس از چندین بار شستشو با آب مقطر،در دمای اتاق خشک گردید.
جدول1-1 مقادیر سود NaOH خشک مورد نیاز جهت تهیه 100 میلی لیتر محلول هیدروکسیدسدیم در غلظت های مختلف
بحث و نتایج
بررسی نتایج حاصل از مطالعات - XRD - نشان می دهد که، در غلظت 0.5 مول بر لیتر NaOH کانی آنالسیم با فرمول شیمیایی Na[AlSiO2 O 6 ].H 2 Oدر نتیجه ی تغییر فاز مونت موریلونیت اولیه تشکیل شده است.آنالسیم از جمله زئولیت های طبیعی است که می تواند مستقیما از ماگما، تبلور یافته و یا در محیط های دریاچه های شور قلیایی
، محیط های هیدرو ترمال و یا در دگرگونی های ضعیف تشکیل گردد.همچنین آنالسیم به دلیل وجود در زون های دگرگونی درجه پایین و امکان استفاده از آن برای شناسایی این زون ها و مطالعه تغییرات ایجاد شده در سنگ های حاوی زئولیت و ارائه تاریخجه تغییرات برای آن ها، مورد توجه پژوهشگران می باشد اما در این الگوعلاوه بر آنالسیم، کانی اولیه مونت موریلونیت هم وجود دارد.
همچنین با روند افزایش غلظت NaOH به 2.5 مول بر لیتر، علاوه بر وجود آنالسیم، کانی سودالیت هم دیده می شود.سودالیت با فرمول شیمیایی Na8[AlSi4]6 Cl2 دارای سیستم کوبیک بوده و از جمله کانی هایی است که معمولا در شرای آزمایشگاهی و در سنتزهای گرمابی تشکیل می شود و به گروه زئولیت ها تعلق دارد
هیدروکسی سودالیت دارای سیستم تبلور مکعبی از نوع بتا وساختار شبکه مشابه سودالیت است - . - Xux,2004 و نظیر زئولیت های دیگر، یک کانال اکسیژن شش عضوی با قطر کانال 2.65 آنگستروم دارد - . - Bereck,1974همچنین با روند افزایش غلظت NaOH به 4 مول بر لیتر، علاوه بر وجود آنالسیم و سودالیت کانی هیدروکسی کانکرینیت هم سنتز شده است و کانی اصلی حاضر در محصول آزمایشی است.
هیدروکسی کانکرینیت با فرمول شیمیایی Na4 - AlSiO4 - - OH - - H2O - در سیستم هگزاگونال متبلور می شود و کمیاب بوده و نوع کانکرینیت - بدون آب - آن در سنگهای اذرین درونی مانند سینیت های نفلین دار به عنوان کانی اولیه دیده می شود.این کانی بیشتر محصول تجزیه نفلین می باشد و ممکن است در اثر ترکیب نفلین و کلسیت به وجود آیدو معمولا آن را محصول واکنش های ثانوی ماگما می دانند - رضوی . - 1383 در نهایت الگوی پراش اشعه ایکس - XRD - در دمای 150 درجه سانتی گراد و بازه ثابت زمانی 96 ساعت استفاده شده در تمامی مراحل آزمایشگاهی ،محلول قلیایی هیدروکسید سدیم با غلظت7.5 مول بر لیتر NaOH، بیانگر حضور هیدروکسی سودالیت و هیدروکسی کانکرینیت در این شرای می باشد.
شکل 1 الگویXRDنمونه اولیه :Moمونتموریلونیت
شکل 2 الگوی XRDاز محلولNaOHبا مولاریته ی :An 2.5آنالسیم :Soسودالیت
