928

Гончарова Л.В. , Макеева Т.Г., Егоров Ю.М.
Влияние кристаллохимических особенностей породообразующих минералов на диэлектрические свойства дисперсных грунтов

ВЛИЯНИЕ КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ

 ПОРОДООБРАЗУЮЩИХ МИНЕРАЛОВ НА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА   ДИСПЕРСНЫХ ГРУНТОВ

Л.В. Гончарова, Т.Г. Макеева,  Ю.М. Егоров

L.V. Goncharova, T.G. Makeeva, J.M. Egorov

Moscow State University, e-mail: makeeva@geol.mqu.ru

Dielectric properties in accordance with a Lengmure sorption isotherm on frequency of 2450 MHz for rock-forming (endogenous, hypergenic) and typomorphic minerals of disperse soils, included in sand, dust and clay fractions, natural sandy soils with various authigenic films and man-caused clay soils with the heavy metals are received. Influence of crystal chemistry features of rock-forming minerals on dielectric properties of disperse soils is established: 3 groups and theirs collateral subordination within the limits of groups in accordance with a link between atoms and molecules in crystal structure of minerals are detached. Influence of magnitude of absorption and forms of a presence of heavy metals on dielectric properties of man-caused clay soils is shown.

Диэлектрические свойства природных и техногенных грунтов в зависимости от дисперсности определяются кристаллохимическими особенностями породообразующих минералов преобладающих, в составе песчаной, пылеватой и глинистой фракции,  свойствами типоморфных  и аутигенных минералов, а также  содержанием и соотношением форм нахождения тяжелых металлов на гетерогенной поверхности.

Диэлектрические свойства природных и техногенных грунтов проведены на диэлькометре с частотой 2450 МГц. Приборы и методика измерений диэлектрических свойств дисперсных грунтов разработаны Егоровым Ю.М.

Среди породообразующих и типоморфных минералов  выделены три группы по типу связи между атомами и молекулами в их  кристаллической структуре, различающиеся по физическим и физико-механическим свойствам: 1) силикатные минералы (эндогенные) с преобладанием ковалентного типа  над ионной типом связи : кварц, микроклин, роговая обманка,  2) минералы с ионным типом связи (типоморфные) – простые соли (кальцит, гипс, пирит); 3) силикатные минералы (гипергенные) с преобладанием  ионно-ковалентной связи над водородной и молекулярной связью – это глинистые минералы: гидрослюда, глауконит, палыгорскит, каолинит, монтмориллонит.

 Увеличение степени поликонденсации Si -тетраэдров силикатов от слоистых до каркасных усиливает силоксановую связь, тем самым, уменьшая способность вещества к поляризации в электромагнитном поле,  и  повышая устойчивость к колебаниям частиц относительно узлов кристаллической решетки. Диэлектрическая проницаемость (силикатных минералов уменьшается в зависимости от структуры минерала:  каркасных (кварц, микроклин)  <  ленточных (роговая обманка)  < слоистых ( биотит, мусковит, палыгорскит, глауконит, каолинит, монтмориллонит).  В пределах группы каркасных минералов с преобладанием ковалентной связи диэлектрическая проницаемость ( ) и потери ( ) увеличиваются от кварца до микроклина, за счет присутствия  в последнем крупных катионов в структуре минерала и роста доли ионности связи. При этом соответственно уменьшается плотность твердой фазы и твердость (по шкале Мооса). В пределах группы слоистых минералов с ионно-ковалентной связью диэлектрические свойства ( ) и ( )  увеличиваются в ряду: мусковит (3,91)< монтмориллонит (3,93) < каолинит (3,94) <биотит (4,15) <палыгорскит (4,67) < глауконит(5,40).  Наибольшие величины проницаемости в группе слоистых минералов принадлежат минералам: глаукониту, палыгорскиту и биотиту, подверженным  изоморфизму ( Fe⁺³  ® Al⁺³   и Мg⁺² (Fe⁺²) ® Al⁺³   в октаэдрах ).  Диэлектрическая проницаемость окислов одних и тех же металлов выше, чем гидроокисей, что обусловлено по- видимому, особенностью гидроксилов ОН^– способствовать замедлению процессов поляризации в электромагнитном поле. Диэлектрическая проницаемость типоморфных минералов: кальцита(4,8)  и ангидрида (3,8), связана с ионной  поляризацией,  при прочих равных условиях обусловлена энергией кристаллической решетки кальцита (CaCO₃ )-2800 кДж/моль , ангидрида  (CaSO₄ ) -2560 кДж/моль  и, соответственно, твердостью минерала.

Величина диэлектрической проницаемости минимальна для  фракции d=(0,5-0,25) мм и возрастает с увеличением дисперсности  до d= 0,1 мм для всех изученных силикатных породообразующих и типоморфных минералов, получены расчетные уравнения зависимости величины диэлектрической проницаемости и потерь   и .

Диэлектрические потери  увеличиваются от песков к глинам: пески<суглинки<глины. По значениям диэлектрических потерь породообразующие  и типоморфные минералы (для фракции 0,1мм)  образуют ряд: кальцит (0,013) < кварц (0,0021) < роговая обманка (0,022) < мусковит (0,023)  < ангидрит (0,025) < микроклин (0,032) <биотит (0,043) < каолинит (0,085) < палыгорскит (0,091) < монтмориллонит (0,109) < глауконит (0,525).  Последовательность расположения минералов в значительной степени обусловлена кристаллохимическими особенностями минералов.

Диэлектрическая проницаемость дисперсных техногенных грунтов:  при нахождении катионов металлов в обменном комплексе определяется  их удельным сопротивлением и подчиняется  прогнозному ряду: Mn > Pb > Fe > Сd > Zn > Mg >Н > Na > Ca > Cu, при нахождении тяжелых металлов  в обменно-сорбированной форме подчиняется иному ряду: Cu > Zn > Mn  и определяется  соотношением диэлектрической проницаемости пары Fe-Me.  Для выделенных металлов, эта зависимость подтверждена экспериментально.