Химический состав силикатов

Классификация силикатов, взаимосвязь структуры, состава и свойств (на примере слоистых силикатов).

Кремнекислородный тетраэдр - группа [SiCU]⁴-, состоящая из одного и< на Si⁴⁺,
находящегося в окружении 4 ионов ОЛ располагающихся в углах по тетраэдру вокруг него. Расстояние между Si-О составляет 1,6 А.

Кремнекислородные тетраэдры могут находиться в виде изолирванных
структурных единиц (в виде одиночных тетраэдров), либо соединяться друг с другомчерез кислородные вершины.

Алюмокислородный тетраэдр — AI в кристаллической структуре занимает такое же положение, как и Si. В минералах с цепочечной структурой алюминием может быть
замещено до % Si, а со слоистой и каркасной - до У₂ Si.

7 подклассов в классе силикатов:

1.Силикаты с одиночным кремнекислородным тетраэдром [SiO-t]⁴-.
Zr[SiO4] циркон, Ca3(Cr,Fe,AI)2[SiO4]3 гранаты андрадитового ряда.

2.Силикаты со сдвоенными кремнекислородными тетраэдрами [SJ2O7]⁶-.

3.Кольцевые силикаты (ККТ образует замкнутые плоские изолированные кольца,
состоящие из 3-х ККТ и 4-х или 6-ти ККТ): [&зО₉]⁶-, [S4O12]⁸-, [SieOis]¹².Эпидот, везувиан, турмалин и др. 1,2 и 3 - островные силикаты.

4.Цепочечные силикаты (пироксены) фгОб]⁴-.R2[Si2O6], где R = Mg, Fe, Ca, Li, Na.(Mg,Fe)2[Si2O6] бронзит, Na Fe[Si2O6] эгирин.

5.Ленточные силикаты (со сдвоенными цепочками) (амфиболы). R7[Si8O22](F,OH)2, где R = Ca, Mg, Li, Fe, Na (тремолит, актинолит, роговая обманка).

6.Слоистые силикаты [Si40io]⁴" (слюды, группа серпентина, группа хлорита). Часть силикатов может замещаться AI. KAl2(OH,F)₂[AISi30io] мусковит, Мдз(ОН)г[Э4Ою] тальк.

7.Каркасные алюмосиликаты [AlxSi_n-x02n]^x" (ПШ, КПШ, фельдшпатоиды, группа
цеолитов).Na[AISi30e] альбит, K[AISi30e] микроклин, Na3K[AiSiO4]4 нефелин.

Это главные элементы земной коры (до 90 % веса земной коры). В силикатах нет
элементов платиновой группы, Аи, Ag, Hg, Mo, W, Sn.

Сложность химического состава определяется:

1.Наличием добавочных анионов.
Простые добавочные анионы: О2, Cl, F, ОН.
Сложные добавочные анионы: SO4, СОЗ, РО4, ВОЗ.
Ог, ОН - в силикатах Mg, Ti, Fe, AI, Mn.

F, Cl - в силикатах Na, К + Ca и REE.

SO4, PO4, СОз - в силикатах Na + Ca + REE; Na + Mg + REE.

Mg3(OH)2[Si4Om] тальк, KAl2(OH,F)2[AISi30io] мусковит.

2.Широко проявившимся изоморфизмом:

а)изовалентный (замещается Na, К; Mg, Fe (Ni); Fe"¹, AI"¹; Zr, Hf);

б)Гетеровалентный (3Mg -> 2AI; (Mg.Fe)Si -> AlfAISi]; Na.Si ->• Ca.AI).
Окраска силикатов. З типа окраски:

1) идиохроматическая (обусловлена главными катионами или элементами
примеси):

Fe" - зеленый, Fe"¹ - бурый, Мп - розовый, Си-(ОН) - синий, Си-(НгО) - зеленый

и др.

2)аллохроматическая (зависит от посторонних механических примесей):
полевошпатовый авантюрин (разность кварца) - один минерал распылен в другом.

3)псевдохроматическая (при нарушении структуры минерала, переливание цветов)

борнит Cu5FeS2, халькопирит CuFeS2, бронзит (Mg,Fe)2[Si2Oe].
Правило Федорова-Гротер:

1.По мере усложнения состава силикатов и анионного комплекса происходит
снижение симметрии.

2.Наибольшим распространением пользуются силикаты низших сингоний (более
70-75 %).

3.В силу большой способности каркаса к пространственным деформациям
силикаты 7-й подгруппы обладают различными сингониями.

Облик и габитус кристаллов силикатов в полной мере наследует особенности
кристаллохимического мотива (тип ККТ).

Твердость силикатов. Определяется:

1)ионным радиусом (чем меньше радиус, тем выше твердость);

2)координационным числом (чем выше координационное число, тем выше твердость).

AI^IV - анион Na[AISi2O6] - твердость 6,0

AI^VI - катион NaAI[Si2O6] - твердость 7,5

(Mg,Ca)2[SiO4] монтичеллит (разновидность оливина) - твердость 6,0

(Mg,Fe)2[SiO4] оливин - твердость 7,0

3)валентностью (чем выше валентность, тем выше твердость);

4)содержанием воды;

5)кристаллохимическим мотивом (по мере перехода от 1-го к 6-му мотиву
происходит снижение твердости, исключение: силикаты 7-го мотива).

По мере перехода от 1-го к 6-му мотиву происходит снижение твердости. Искл.:
силикаты 7-го мотива.

Удельный вес также определяется атомным весом (порядковым номером
элемента), ионным радиусом, координационным числом, валентностью, содержанием воды
и кристаллохимическим мотивом.

N - показатель преломления,
N = 2 - стеклянный блеск,
N > 2 - алмазный блеск.
Практическое значение:

1.Силикаты как полезные ископаемые:

а)источники Al, Be, Sc, Rb, Cs, Li, U, Zr, To, Fe, Ni;

б)как техническое сырье: берилл (пьезокварц), абразивный материал, часовая
промышленность, наполнители, жаростойкие (асбест), звукоизоляционный материал,
кислотоупорные;

в)как сырье для керамики (ПШ и каолин);

г)как строительный материал (Лабрадор, гранит, родонит);

д)как драгоценные камни (аквамарин, изумруд, топаз, хризолит, турмалин, берилл,
гранаты).

2.Как индикаторы полезных ископаемых.

3.Как индикаторы процессов минералообразования.
Происхождение силикатов:

1. 1) Эндогенные процессы (62 %):

- собственно магматические 21 %;

- пегматитовые 16 %;

- постпегматитовые 25 %.

2)Метаморфические (27 %).

3)Экзогенные процессы (10-11 %) - силикаты 6-7 мотивов.
II. Поведение силикатов в магматических процессах:

1)Реакционный ряд Боуэна. При кристаллизации магматического расплава
силикатные минералы выделяются в строго определенной последовательности: вначале
выпадают минералы с одиночными ККТ, а в конце каркасные. Каждый последующий
минерал может замещаться следующим (вокруг них образуются каемки). Направление
горизонтальных рядов указывает на возможные ассоциации в породах. В направлении
диагональных линий показаны невозможные ассоциации пород.

Из расплава выделяются сначала наиболее высокотемпературные вещества (если
много оливина, то первыми выделятся нефелин или ПШ), а заканчивается кристаллизация
при низкой температуре.

2)Поведение силикатов в метаморфических процессах: При прогрессивном
метаморфизме по мере перехода от зеленосланцевой фации к амфиболитовой и гранулит-
эклогитовой происходит образование силикатов с упрощением структуры (от 4 и 5 мотива к 1мотиву).

79. Типы месторождений нефти и газа

Углеводороды - органические соединения, состоящие в основном из углерода и водорода. По типу строения они группируются в гомологические ряды в зависимо­сти от соотношения и структуры связи углерода и водорода. Наибольшее значение при формировании залежей нефти и газа имеют метановые углеводороды с общей формулой С _n H _2n+1 - алканы, парафины.

В нормальных условиях в зависимости от молекулярного содержания и соотно­шения углерода и водорода углеводороды могут быть газообразными, жидкими и твердыми: от СН₄ до С₄H₁₀ - газы; от С₅Н₁₂ до С₁₆Н₃₄- жидкости; от С₁₇Н_3б до Сз₅Н₇₂ - твердые тела (битумы).

Нефть и газ принадлежат к битумному ряду углеводородных полезных ископаемых. От гумусового этот ряд отличается более высоким содержанием водорода, количество которого увеличивается по мере нарастания степени преобразования внутри ряда. Начинается битумный ряд с сапропелей, а химические преобразования внутри ряда сводятся к разложению жиров и восков и образованию жирных кислот (битумов), откуда этот ряд и получил название – битумный.

Нефть и газ накапливаются в мощных осадочных толщах, богатых органикой, на больших глубинах с повышенными температурами и давлением, обеспечивающими полное разложение органических остатков до наиболее простых органических соединений. Такие условия создаются в тех геологических структурах, которые обеспечивают так называемую лавинную седиментацию. Это предгорные прогибы типа Волго-Уральского, или рифтовые структуры, образующиеся при растяжении земной коры.

В химическом отношении нефть – сложная смесь углеводородов (УВ) и углеродистых соединений. Она состоит из следующих основных элементов: углерод (84-87%), водород (12-14%), кислород, азот, сера (1-2%). Содержание серы может доходить до 3-5%. В нефтях выделяют следующие части: углеводородную, асвальто-смолистую, порфирины, серу и зольную. В каждой нефти имеется растворенный газ, который выделяется, когда она выходит на земную поверхность.

Главную часть нефти составляют углеводороды различные по своему составу, строению и свойствам, которые могут находиться в газообразном, жидком и твердом состоянии. В зависимости от строения молекул они подразделяются на три класса – парафиновые, нафтеновые и ароматические. Но значительную часть нефти составляют углеводороды смешанного строения, содержащие структурные элементы всех трех упомянутых классов. Строение молекул определяет их химические и физические свойства.

Парафиновые углеводороды, или как их еще называют, метановые УВ (алкановые, или алканы). Сюда относят метан СН₄, этан С₂Н₆, пропан С₃Н₈ , бутан и изобутан, имеющие формулу С₄Н₁₀. Парафиновые углеводороды химически наиболее устойчивы и относятся к предельным УВ. В нефти они могут быть представлены газами, жидкостями и твердыми кристаллическими веществами. Парафиновые углеводороды по-разному влияют на свойства нефти: газы понижают вязкость и повышают упругость паров; жидкие парафины хорошо растворяются в нефти только при повышенных температурах, образуя гомогенный раствор; твердые парафины также хорошо растворяются в нефти образуя истинные молекулярные растворы. Парафиновые УВ легко кристаллизуются в виде пластинок и пластинчатых лент.

Нафтеновые (циклановае, или алициклические) УВ имеют циклическое строение (С/С_nН_2n), а именно состоят из нескольких групп СН₂. В нефти содержатся преимущественно нафтены, состоящие из пяти или шести групп СН₂. По сравнению с парафинами, нафтены имеют более высокую плотность и меньшую упругость паров и имеют лучшую растворяющую способность.

Ароматические УВ (арены) представлены формулой С_nН_n, наиболее бедны водородом. Простейшим представителем данного класса углеводородов является бензол С₆Н₆, Для ароматических УВ характерны большая растворяемость, более высокая плотность и температура кипения.

Асфальто-смолистая часть нефтей представляет собой вещество темного окраса, которое частично растворяется в бензине. Растворившееся часть – асфальтены. Они обладают способностью набухать в растворителях, а затем переходить в раствор.

Порфиринами называют особые азотистые соединения органического происхождения. Предполагают, что они образовались из гемоглобина животных и хлорофилла растений. Эти соединения разрушаются при температуре 200-250^оC.

Сера широко распространена в нефти и углеводородном газе и содержится как в свободном состоянии, так и в виде соединений (сероводород, меркаптаны).

Зольная часть представляет собой остаток, образующийся при сжигании нефти. Это различные минеральные соединения, чаще всего железо, никель, ванадий, иногда соли натрия.

Классификация нефти. Свойства нефти определяют направление ее переработки и влияют на продукты, получаемых из нефти, поэтому существуют различные виды классификции, которые отражают химическую природу нефти и определяют возможные направления переработки.

Например, в основу классификации, отражающей химический состав, положено преимущественное содержание в нефти какого-либо одного или нескольких классов углеводородов. Различают нафтеновые, парафиновые, парафино-нафтеновые, парафино-нафтено-ароматические, нафтено-ароматические, ароматические. Так, в парафиновой нефти все фракции содержат значительное количество алканов; в парафино-нафтено-ароматических углеводороды всех трех классов содержатся примерно в равных количествах; нафтено-ароматические нефти характеризуются преимущественным содержанием циклоалканов и аренов, особенно в тяжелых фракциях.

Также используется классификация по содержанию асфальтенов и смол.

В технологической классификации нефть подразделяют на классы - по содержанию серы; типы - по выходу фракций при определенных температурах; группы - по потенциальному содержанию базовых масел; виды - по содержанию твердых алканов (папафинов).

Формации и структуры нефтегазоносных залежей. Вмещающими формациями для нефти являются: 1) морские осадочные; 2) угленосные и 3) пестроцветные. По литологии наиболее распространены доломиты, известняки, терригенные и галогенные отложения.

Нефтеносные породы делятся на коллекторы и покрышки. Первые способны вмещать и отдавать.

Природный резервуар – это природная емкость для нефти, конфигурация и размер которой определяются соотношением коллекторных пород и покрышек. Среди них выделяются пластовые, пластово-блоковые, массивные и литологически замкнутые.

Ловушка – это часть резервуара, в котором образовалась и может храниться нефть. Для литологически замкнутого резервуара он же является и ловушкой.

Пластовая ловушка – это коллектор в стратифицированных отложениях с протяженными покрышками.

Массивная ловушка – это мощная толща проницаемых пород, сверху и с боков ограниченная плохо проницаемыми.

Классификация залежей. Залежь – это обособленное скопление нефти и газа, приуроченное к отдельным ловушкам. Они делятся на три группы по типу ловушек:

1. пластовые делятся на две подгруппы – сводовые и экранированные;

2. массивные делятся на четыре подгруппы по характеру ограничений – а) в структурных выступах, б) в эрозионных выступах, в) в биогенных выступах, в) замкнутых водой;

3. литологически ограниченные делятся на литологически замкнутые и замкнутые литологически и водой.

Месторождения по величине извлекаемых запасов подразделяются на:

1. уникальные > 300 млн. т

2. крупные 30 – 300 млн. т

3. средние 10 – 30 млн. т

4. мелкие < 10 млн. т.

В зависимости от состава и фазового состояния залежи делятся на 1) нефтяные, содержащие только нефть; 2) двухфазовые (газонефтяные и нефтегазовые); 3) газовые; 4) газоконденсатные; 5) нефтегазоконденсатные.

Дата добавления: 2015-04-25