753

 

А. А. Григорьева, И. В. Пеков, И. А. Брызгалов

 

Умбит K₂Zr[Si₃O₉]∙2H₂O является типоморфным минералом поздних высококалиевых ассоциаций Хибинского щелочного массива на Кольском полуострове, Россия. Он обладает смешанным каркасом, состоящим из Zr-октаэдров и волластонитоподобных цепочек Si-тетраэдров. В полостях каркаса расположены атомы К и молекулы Н₂О. Плотность каркаса составляет 16.5 каркасных атомов (Si и Zr) на 1000 ų. Это дало основания предположить, что умбит может проявлять ионообменные свойства [1].

На способность к катионному обмену протестирован умбит из крупного пегматитового тела, вскрытого штольней Материальная на горе Юкспор (Хибины). Зерна умбита размерами 0.5-2 мм были помещены в 1Н водные растворы солей NaCl, RbNO₃, CsNO₃, CaCl₂, SrCl₂ и BaCl₂. Эксперименты проводились при комнатной температуре два с половиной месяца, при 90°С – шесть часов и при 150°С – три часа. После опытов зерна, запрессованные в эпоксидные препараты и отполированные, были исследованы на срезах с помощью сканирующего электронного микроскопа. Затем, опираясь на полученные фотографии, мы изучили катионный состав зерен электронно-зондовым методом (табл.). Кратко охарактеризуем изменения, произошедшие с умбитом в опытах с разными катионами.

 Na. Опыты при комнатной температуре и при 90°С: зоны, обогащенные обмененным Na, расположены локально вдоль микротрещин. Опыт при 150^оС: обмененные катионы распределены вдоль микротрещин равномерно по всему объему зерна.

 Rb. Замещение калия рубидием в умбите происходит вдоль микротрещин и существенно зависит от температуры: ее повышение ведет к увеличению содержания обмененного рубидия (при 20^оС изменение незначительно (3 мас.%  Rb₂O), а при 150^оС весьма существенно – 34.2%).

 Cs. Интенсивное замещение калия цезием начинается только при 90^оС (см. табл.), тогда как при комнатной температуре изменения незначительны. При 150^оС вхождение цезия вместо калия в умбит происходит весьма интенсивно по всему объему зерна (53.9 мас.% Cs₂O).

 Са. При комнатной температуре изменений в умбите не происходит, при 90^оС они незначительны, а при 150^оС мы наблюдаем интенсивное замещение, причем обмененный Са приурочен к зонам вдоль микротрещин.

Sr. При комнатной температуре изменений не происходит, при 90^оС они незначительны, но при 150^оС наблюдается интенсивное замещение по всему кристаллу умбита. Ва. Уже при комнатной температуре и при 90^оС замещение значительно: обмененные катионы Ва сосредотачиваются вдоль микротрещин. При 150^оС происходит насыщение Ва участков вдоль микротрещин по всему объему зерна.

Таким образом, при комнатной температуре умбит проявляет ионообменные свойства со всеми “предложенными” катионами, кроме Sr и Са (см. табл.). Степень обмена во всех случаях зависит от температуры: с ее повышением увеличивается количество обмененных катионов в кристалле. Характерно более интенсивное замещение в умбите калия одновалентными катионами, чем двухвалентными. Исходя из данных, полученных в результате проведенных экспериментов, можно предположить, что ионный обмен в умбите может реализоваться и в природе – в гидротермальных (в первую очередь в позднегидротермальных) и даже гипергенных обстановках. Сильные ионообменные свойства, проявляемые умбитом, могут найти применение в химических технологиях (конечно, речь здесь идет о синтетическом аналоге минерала), например, связанных с извлечением редких щелочных и щелочноземельных элементов (Rb, Cs, Ba) из низкоконцентрированных растворов и с очисткой вод от радиоактивного Cs.

 

Литература

1. Pekov I.V., Chukanov N.V. Microporous framework silicate minerals with rare and transition elements: minerogenetic aspects // Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 2005. Vol. 57. P. 145–171.

 

 

                                                                                                                                                 Таблица

Диапазон содержаний обмененных катионов в умбите, масс. %

Примечание: пустая клетка означает, что содержание компонента ниже предела обнаружения электронно-зондовым методом. В скобках указаны формульные коэффициенты.