1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Геохимия
  4. T. 68, № 12, 2023

Геохимия, 2023, T. 68, № 12, стр. 1273-1283

Термическое и термохимическое изучение таумасита

Ю. Д. Гриценко a, b, М. Ф. Вигасина a, Л. В. Мельчакова a, Л. П. Огородова a, *, Д. А. Ксенофонтов a, С. К. Дедушенко c

a Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова, Геологический факультет
119991 Москва, Ленинские Горы, Россия

b Минералогический музей им. А.Е. Ферсмана РАН
119692 Москва, Ленинский пр., 18, Россия

c НИТУ МИСИС
119049 Москва, Ленинский пр., 4, Россия

* E-mail: logor48@mail.ru

Поступила в редакцию 13.01.2023
После доработки 06.03.2023
Принята к публикации 07.03.2023

Аннотация

Проведено изучение природного образца таумасита Ca3.0Si(OH)6(CO3)0.9(SO4)1.1·12.3H2O (рудник Н’Чванинг, марганцеворудное поле Калахари, ЮАР) методами порошковой рентгенографии, спектроскопии инфракрасного поглощения и комбинационного рассеяния, термического анализа и микрокалориметрии. Изучен процесс термического преобразования таумасита с привлечением результатов ИК и КР спектроскопии. Методом высокотемпературной расплавной калориметрии растворения определена энтальпия образования из элементов ΔfH0(298.15 K) = –8816 ± 30 кДж/моль. Оценено значение абсолютной энтропии, рассчитаны энтальпия и энергия Гиббса образования таумасита теоретического состава Ca3Si(OH)6(CO3)(SO4)·12H2O: 945.4 ± 1.8 Дж/(моль K), –8699 ± 30 кДж/моль и –7577 ± 30 кДж/моль соответственно.

Ключевые слова: таумасит, термический анализ, ИК спектроскопия, КР спектроскопия, микрокалориметрия Кальве, энтальпия образования, энергия Гиббса

Список литературы

  1. Базанов С.М. (2004) Механизм разрушения бетона при воздействии сульфатов. Строительные материалы (9), 46-48.

  2. Брыков А.С. (2014) Сульфатная коррозия портландцементных бетонов. Цемент и его применение (6), 96-103.

  3. Гриценко Ю.Д., Дедушенко С.К., Вигасина М.Ф., Паутов Л.А., Голубев Я.В., Огородова Л.П., Ксенофонтов Д.А., Мельчакова Л.В., Перфильев Ю.Д. (2022) Марганцевый стурманит из рудника Н’Чванинг 2 Калахари, ЮАР). ЗРМО CLI (2), 53-69.

  4. Киселева И.А., Огородова Л.П., Топор Н.Д., Чигарева О.Г. (1979) Термохимическое исследование системы СаО–MgO–SiO2. Геохимия (12), 1811-1825.

  5. Котельников А.Р., Кабалов Ю.К., Зезюля Т.Н., Мельчакова Л.В., Огородова Л.П. (2000) Экспериментальное изучение твердого раствора целестин-барит. Геохимия (12), 1286-1293. Kotel’nikov A.R., Kabalov Yu.K., Zezyulya T.N., Mel’chakova L.V., Ogorodova L.P. (2000) Experimental study of celestine-barite solid solution. Geochem. Int. 38(12), 1181-1187.

  6. Огородова Л.П., Киселева И.А., Мельчакова Л.В., Вигасина М.Ф., Спиридонов Э.М. (2011) Калориметрическое определение энтальпии образования пирофиллита. ЖФХ 85(9), 1609-1611.

  7. Огородова Л.П., Гриценко Ю.Д., Косова Д.А., Вигасина М.Ф., Мельчакова Л.В., Ксенофонтов Д.А., Дедушенко С.К. (2021) Физико-химическое и термохимическое изучение эттрингита. Геохимия 66(12), 1156-1166.

  8. Ogorodova L.P., Gritsenko Yu.D., Kosova D.A., Vigasina M.F., Melchakova L.V., Ksenofontov D.A., Dedushenko S.K. (2021) Physicochemical and Thermochemical Study of Ettringite Geochem.Int. 59(12), 1188-1198.

  9. Степанов В.И., Матросова Т.Н., Быкова А.Е. (1981) О генезисе таумасита из различных типов месторождений и его химический состав. Труды Минералогического музея АН СССР 29, 107-110.

  10. Стрелюк Т.Л., Чеснокова Э.Ф., Вернослова З.С. (1976) О находке таумасита на Коршуновском железорудном месторождении (юг Сибирской платформы). Вопросы минералогии и геохимии изверженных пород Восточной Сибири. Иркутск, 24-27.

  11. Штарк Й., Больманн К., Зайфарт К. (1998) Является ли эттрингит причиной разрушения бетона? Цемент и его применение (2), 13-22.

  12. Aguilera J., Valera M.T.B., Vázquez T. (2001) Procedure of synthesis of thaumasite. Cem. Concr. Res. 31, 1163-1168.

  13. Barnett S.J., Adam C.D., Jackson A.R.W. (2000) Solid solutions between ettringite Ca6Al2(SO4)3(OH)12⋅26H2O, and thaumasite Ca3[Si(OH)6][SO4][CO3]·12H2O. J. Mater. Sci. 35, 4109-4114.

  14. Barnett S.J., Macphee D.E., Lachowski E.E., Crammond N.J. (2002) XRD, EDX and IR analysis of solid solution between thaumasite and ettringite. Cem. Concr. Res. 32, 719-730.

  15. Bensted J. (1999) Thaumasite – background and nature in deterioration of cements, mortars and concretes. Cem. Concr. Res. 21, 117-121.

  16. Brough A.R., Atkinson A. (2001) Micro-Raman spectroscopy of thaumasite. Cem. Concr. Res. 31, 421-424.

  17. Chukanov N.V. Infrared Spectra of Mineral Species: Extended Library. Springer-Verlag GmbH, Dordrecht–Heidelberg–New York–London, 2014. 1726 p.

  18. Chukanov N.V., Vigasina M.F. (2020) Vibrational (Infrared and Raman) Spectra of Minerals and Related Compaunds. Springer Nature Switzerland AG. 1376 p.

  19. Crammond N.J. (1985) Thaumasite in failed cement mortars and renders from exposed brickwork. Cem. Concr. Res. 15, 1039-1050.

  20. Drábic M., Gálikova L. (2003) Method of thermal analysis in the detection of thaumasite and its presence in the sulphate-attacted concrete. Solid State Phenom. 90-91, 33-38.

  21. Drábik M., Tunega D., Balkovic S., Fajnor V.S. (2006) Computer simulationnnnnnnns of hydrogen bonds for better understanding of the data of thermal analysis of thaumasite. J. Therm. Anal. Calorim. 85(2), 469-475.

  22. Edge R.A., Taylor H.F.W. (1971) Crystal structure of thausmanite Ca3Si(OH)6 (SO4)(CO3). Acta Crystal. B27, 594-601.

  23. Font-Altaba M. (1960) A thermal study of thaumasite. Miner. Mag. 32, 567-572.

  24. Gatta G.D., McIntyre G.J., Swanson J.G., Jacobsen S.D. (2012) Minerals in cement chemistry: A single-crystal neutron diffraction and Raman spectroscopic study of thaumasite, Ca3Si(OH)6 (SO4)(CO3) 12H2O. Am. Mineral. 97, 1060-1069.

  25. Grubessi O., Mottana A., Paris E. (1986) Thaumasite from the Tschwinning (N’Chwanning) mine, South Africa. Tschermaks Mineral. Petrog. Mitt. 35, 149-156.

  26. Hartshorn S.A., Sharp J.H., Swamy R.N. (1999) Thaumasite formation in Portland-Limeston cement pastes – A cause of deterioration of Portland cement and related substances in the presence sulphates. Cem. Concr. Res. 29(8), 1331-1240.

  27. IMA list of minerals. http://cnmnc.main.jp/IMA_Master_List_(2021-11).pdf

  28. Jacobsen S.D., Smyth J.R., Swope R.J. (2003) Thermal expansion of hedrated six-coordinate silicon in thaumasite, Ca3[Si(OH)6][SO4][CO3]·12H2O. Phys. Chem. Minerals 30, 321-329.

  29. Kirov G.N., Poulieff C.N. (1968) On the infra-red spectrumand thermal decomposition products of thaumasite, Ca3H2(CO3/SO4)SiO4·13H2O. Miner. Mag. 36, 1003-1011.

  30. Kiseleva I.A., Kotelnikov A.R., Martynov K.V., Ogorodova L.P., Kabalov Yu.K. (1994) Thermodynamic properties of strontianite-witherite solid solution (Sr,Ba)CO3. Phys. Chem. Minerals 21, 392-400.

  31. Kostova B., Petkova V., Kostov-Kytin Vl., Tzvetlanova Y., Avdeev G. (2021) TG/DTG/DSC and high temperature in situ XRD analysis of natural thaumasite. Thermochim. Acta 697, № 178863.

  32. Kresten P., Berggren G. (1976) The thermal decomposition of thaumasite from Mothae kimberlite pipe, Lesotho, South Africa. J. Thermal Anal. 9, 23-28.

  33. Kulik D. GEMS-PSI 2.1, PSI, Villigen, Switzerland, 2006 available at http://leswebpsi.ch/software/GEMS-PSI

  34. Lane M. (2007) Mid-infrared emission spectroscopy of sulfate and sulfate-bearing minerals. Am. Mineral. 92, 1-18.

  35. Lothenbach B., Winnefeld F. (2006) Thermodynamic modeling of the hydration of Portland cement. Cem. Concr. Res. 36(2), 209-226.

  36. Lothenbach B., Kulik D.A., Matschei T., Balonis M., Baquerizo L., Dilnesa B., Miron G.D., Myers R.J. (2019) Gemdata 18: A chemical thermodynamic database for hydrated Portland cements and alkali-activated materials. Cem. Concr. Res. 115, 472-506.

  37. Macphee D.E., Barnett S.J. (2004) Solution proprties of solids in the ettringite – thaumasite solid solution series. Cem. Concr. Res. 34, 1591-1598.

  38. Martinez-Ramirez S., Blanco-Valera M.T., Rapazote J. (2011) Thaumasite formation in sugary solutions: Effect of temperature and sucrose concentration. Constr. Build. Mater. 25, 21-29.

  39. Martucci A., Cruciani G. (2006) In situ time resolved synchrotron powder diffraction study of thaumasite. Phys. Chem. Minerals 33, 723-731.

  40. Matschei T., Glasser F.P. (2015) Thermal stability of thaumasite. Mater. Struct. 48, 2277-2289.

  41. Ogorodova L.P., Melchakova L.V., Kiseleva I.A., Belitsky I.A. (2003) Thermochemical study of natural pollucite. Thermochim. Acta 403, 251-256.

  42. Robie R.A., Hemingway B.S. (1995) Thermodynamic properties of minerals and related substances at 298.15 K and 1 bar (105 pascals) pressure and at higher temperatures. U.S. Geol. Surv. Bull. 2131, 461 p.

  43. Schmidt T., Lothenbach B., Romer M., Scrivener K., Rentsch D., Figi R. (2008) A thermodynamic and experimental study of the conditions of thaumasite formation. Cem. Concr. Res. 38, 337-349.

  44. Scholtzová E., Kucková L., Kožišek J., Palková H., Tunega D. (2014) Experimental and computational study of thaumasite structure. Cem. Concr. Res. 59, 66-72.

  45. Van Aardt J.H.P., Visser S. (1975) Thaumasite formation: a cause of deterioration of Portland cement and related substances in the presence of sulphates. Cem. Concr. Res. 5(3), 225-232.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Геохимия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал