3.3. Галлуазит

Среди глинистых материалов особенно замечателен галлуазит. За последнее время к нему значительно возрос интерес. По мере развития исследовательских работ случаи нахождения галлуазитовых глин все более множатся. Это объясняется тем, что некоторые технологические особенности глин, используемых в промышленности, особенно уральских и сибирских месторождений, связываются с присутствием в них галлуазита.

Галлуазит Al₂O₃2SiO₂2H₂O2H₂O – глинистый минерал. По химическому составу близок к каолиниту, но содержит несколько больше воды (четыре молекулы). Половина количества воды представлена в минерале в виде гидроксила, остальная – в виде молекулы воды (H₂O). При этом вода между слоями не является жидкостью, так как молекулы ее находятся в фиксированном положении, как в структуре льда. Количество молекулярной воды непостоянно (меньше, чем 4H₂O); в зависимости от чего колеблется содержание и остальных компонентов. Кроме того, для галлуазита характерны изменяющиеся и расстояния между слоями воды, причем молекулы воды в слоях связаны посредством гидроксилов. Связь двух добавочных молекул воды с силикатными слоями настолько слаба, что эти связи разрываются уже при 50ºС. Силы связи очень слабы вследствие полного насыщения всех возможных химических валентностей. Поэтому легко представить, что две добавочные молекулы воды не входят в структуру силиката, а также понять, как осуществляется переход к метегаллуазиту (Al₂O₃2SiO₂2H₂O). Между слоями гидроксидов кремния и алюминия имеется непосредственная связь, почти равная связи в каолините.

Галлуазит отличается от других каолинитовых минералов тем, что он существует в виде трубчатых индивидов.Длина этих трубочек иногда достигает 1–2 мкм, но чаще их размер не превышает 1 мкм. Предполагают, что трубчатый габитус галлуазита обусловлен натяжениями, возникающими вследствие несоответствия размеров кремнекислородных и алюмокислородных слоев. Образованию трубчатых форм у кристаллов других каолинитовых минералов, по-видимому, препятствует наличие водородных связей и, следовательно, большая толщина пластинок.

Галлуазит в естественном виде состоит из частично дегидратированных кристаллов трубчатой формы размером 0,5–1,0 мкм и большого количества обломков кристаллов, утративших эту форму. Кристаллической решетке галлуазита, также как и каолинита, не свойственны замещения.

Различают два типа галлуазита: один – белый или светлоокрашенный, пористый и рыхлый, почти пушистый, и другой – плотный, фарфороподобный, белого, светло-желтого и рыжего цвета, часто бывает окружен землистой, хрупкой, нередко окрашенной оксидами железа в бурый цвет коркой метагаллуазита, а также коричневый от оксидов железа (железистый галлуазит). Галлуазит, в котором 6–8 % и больше Al₂O₃ замещены Fe₂O₃ относят к феррогаллуазиту  Al₂O₃ (Fe₂O₃)  2SiO₂2H₂O

У свежих фарфоровидных разностей галлуазита блеск восковой, у рыхлых, пористых – матовый. Твердость у галлуазита низкая. У рыхлых и пористых – 1–2, у плотных и твердых разностей до 3. Галлуазит хрупок. Легко полируется при трении ногтем. Рыхлые разновидности на ощупь часто талькоподобные. Плотные разности по высыхании на воздухе растрескиваются, распадаясь на мелкие угловатые обломки с плоскораковистым изломом (явление, весьма характерное для всех минералов группы галлуазита). Рыхлые разности галлуазита по внешним признакам неотличимы от таких же разностей каолинита. Практически у них аналогичны и кривые нагревания. Однако, существенно отличаются от каолинита оптическими константами, а также по поведению кривых обезвоживания, особенно в начальный период.

Установлено, что при нагревании галлуазит два раза отдает воду. Первая потеря воды происходит при температуре 50–100^оС. Эта потеря воды составляет для воздушно-сухого галлуазита состава Al₂O₃2SiO₂2H₂O2H₂O две молекулы воды и новое вещество имеет состав Al₂O₃2SiO₂2H₂O. Вещество это имеет заметно повышенный показатель преломления против первоначального галлуазита и одновременно отличается от последнего также строением своей кристаллической решетки. Хотя химически обезвоженный галлуазит соответствует формуле каолинита, но кристаллическая решетка его отличается от таковой каолинита, почему и рассматривают его как новый минерал и называют метагаллуазитом. Вода, выделяющаяся при 50^оС, не является адсорбционной, а входит в решетку галлуазита; метагаллуазит выделенную воду снова не поглощает. Обратный переход не может быть осуществлен посредством гидратации, так как гидроксильные связи ионов кислорода в каолиноподобных слоях метагаллуазита прочнее, чем водные связи водного слоя.

Наружная корка вокруг галлуазита связана с частичным обезвоживанием его в результате выветривания.

Остальные две части воды остаются при обезвоживании в решетке галлуазита.

При нагревании до 400^оС характерные свойства галлуазита сохраняются. В этом случае уменьшаются расстояния по базису до соответствующих каолиниту.

Очень сильный эндотермический эффект фиксируется при удалении конституционной воды (выхода последних двух молекул воды), минимум которого приходится на 550–600^оС и происходит разрушение кристаллической решетки галлуазита.

Первый острый значительный экзотермический эффет (990–1100^оС), связан, по-видимому, с образованием муллита. Второй экзотермический эффект (1175–1210^оС) связан, возможно, с переходом остатков аморфного кремнезема (от распада галлуазита) в кристобалит.

Термограмма напоминает термограмму каолинита, но отличается от нее эндотермикой при 50–100^оС.

При исследовании изменений в галлуазитах Урала при награвании было установлено следующее.

1. Кривые обезвоживания галлуазита Журавлинского месторождения (Пермская область) показывают, что до 400–430^оС происходит постепенная потеря воды, затем ход кривых резко изменяется, вода убывает быстро, приблизительно до 500^оС, после чего кривая резко выполаживается.

2. Кривые нагревания Айдырлинского (Оренбургская область) образца показали типичную каолинитовую эндотермическую остановку при 950–990^оС. Галлуазитовая остановка находится в пределах 70–100^оС.

Кривые обезвоживания айдырлинского галлуазита можно разделить на четыре отрезка (табл. 3.48).

Таблица 3.48. Кривые обезвоживания галлуазита

Образец	Потеря воды в мас. %
	От обыкновенной температуры до 100-110оС	От 100-110 до 300-350оС	От 300-350 до 400оС	От 400 до 800-850оС
Плотный галлуазит (Айдырля)	4,95	2,31	10,48	1,30

Вместе с изменением содержания воды и уплотнением вещества изменяется показатель преломления: у айдырлинского галлуазита N_m = 1,543 до 1,552 при 110^оС, затем с 350 до 400^оС резко падает до N_m = 1,520, с 450 до 650^оС постепенно поднимается до N_m = 1,525, а в пределах 750–800^оС делает скачек до N_m = 1,543, что соответствует изменению в составе продуктов дегидрации минерала.

У киембаевского (Актюбинская область, Республика Казахстан) ферригаллуазита кроме двух эндотермических появляется два экзотермических эффекта (при 870 и 1080^оС) и повышается двупреломление (N_m = 1,540–1,542).

Оптически галлуазит и метагаллуазит почти изотропны, но рентгеноанализ обнаруживает структуру, близкую к каолинитовой. Вследствие потери двух молекул воды показатель преломления возрастает от 1,528–1,542 до 1,549–1,553.

Полностью гидратированный галлуазит имеет на рентгенограмме сильный базальный рефлекс 1,0110^-10 мм, после необратимого высушивания при 110^оС появляется вместо него рефлекс 0,7210^-10 мм. Промежуток толщиной 0,2910^-10 мм необходим для размещения дополнительных молекул Н₂О, входящих в формулу галлуазита.

Теплота смачивания галлуазита 28,9 Дж/г, температура плавления 1780–1790^оС. Линейная усадка: воздушная 7–15%, огневая – 11. Удельная поверхность галлуазита 250 м²/г. В пламени паяльной трубки галлуазит не плавится. В сухом виде липнет к языку. Галлуазит характеризуется наименьшей степенью упорядоченности.

Химический состав чистых минералов галлуазита соответствует теоретическому составу и приведен в табл. 3.49.