书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 高岭石(Kaolinite) Al4［Si4O10］(OH)8 高岭石名称来自我国江西景德镇的高岭(山名)，因该 地所产的高岭石质地优良，在国内外久享盛名。 【化学组成】常有少量的Mg、Fe、Cr、Cu 等代替八面体配位中的Al。Al、 Fe3+代Si 的数量通常很低。碱及碱土金属元素多为机械混入物。 【晶体结构】常见多型为1Tc 型，三斜晶系； a0=0.154nm,b0=0.893nm,c0=0.737nm;α=91°48′,β=104&de g;42′,γ=90°;Z=1。结构属TO 型，二八面体型。层间域没有 阳离子或水分子存在，氢键(OOH=0.289nm)加强了结构层之间的联结。在实际 的高岭石结构中，由于八面体片(a0=0.506nm,b0=0.862nm)与［SiO4］四面体片(a0=0.514nm,b0=0.893nm)的大小不完全相同，因此，四面片中的四面体必须经 过轻度的相对转动和翘曲才能与八面体片相适应。 【形态】多为隐晶质致密块状或土状集合体。电镜下呈平行于(001)的假六方 板状、半自形或他形片状晶体，集合体为鳞片状，通常鳞片大小为0.2～ 5μm，厚度为0.05～2μm。结晶有序度高的2M1 型高岭石鳞片可达 0.1～0.5μm，结晶有序度高的2M2 型鳞片可达5mm。 【物理性质】纯者白色，因含杂质可染成深浅不同的黄、褐、红、绿、蓝等 各种颜色；致密块体呈土状光泽或蜡状光泽。｛001｝极完全解理。硬度2.0～ 3.5。相对密度2.60～263。土状块体具粗糙感，干燥时具吸水性(粘舌)，湿态具 可塑性，但不膨胀。阳离子交换性能差，只能由颗粒边缘的破键而引起微量交 换。 【成因及产状】高岭石是粘土矿物中分布最广、最主要的组成之一。主要是 由富含铝硅酸盐的火成岩和变质岩，在酸性介质的环境里，经受风化作用或低
环境保护中粘土矿物的应用 [文档副标题] [日期]
环境保护中粘土矿物的应用 摘要：无机非金属环境矿物材料基于其不同的性能广泛用于空气污染处理、 废水处理和固体废弃物处理的环境治理，并在节能保温材料方面、在降噪隔 声方面、在无形磁波污染控制方面、在自然灾害防治方面、在太阳能材料应 用方面、在传动系统减震方面、在新型抗菌材料方面、在人体健康材料方面 等都将起到重要作用。 1.粘土矿物材料的研究现状 人类社会的发展史就是人们利用矿物材料的文明史。随着科学技术的发展和工业化程度的不断提高，许多金属材料的性能已不能适应高强、高速、高温、轻质、绝缘、耐腐蚀等方面的要求，因而非金属矿物材料的发展十分迅速，如美国汽车工业中轿车钢铁构件已由占81%降为61%，采用由非金属材料制成的构件大大减轻了车重，节约了钢材；发达国家一些原来从事钢铁、造船等行业的研究已转向新型材料及新型陶瓷的研究。同时，伴随着矿物材料的深加工技术的发展，矿物材料的利用价值和应用领域不断提高，如散装膨润土30美元/吨，而有机膨润土2400-3600美元/吨；重晶石散装未碎者40美元/吨，而药物级达2560美元/吨；石墨原矿500美元/吨，石墨密封材料7000美元/吨，而石墨乳10000美元/吨。近年来无机非金属矿物材料在环境保护中的应用不断加强，使矿物材料成为治理、修复环境污染的环境材料。 新型材料是发展高新技术产业的重要支柱之一,随着材料结构向多元化、功能化、智能化发展,矿物材料已成为现代材料科学的重要组成部份。传统的或一般的矿物材料的应用是直接利用矿物(包括部分岩石)本身所具有的物理化学性质和工艺特性,而且只作为单一性能或低性能的一般材料来应用。如陶瓷矿物材料、建筑矿物材料、化工矿物材料和冶金辅助矿物材料等,这种传统的矿物材料都是低值材料或产品,并由于其本身性能的局限性或未得以强化增强,因而在诸
第41卷第3期人工晶体学报 Vol．41No．32012年6月 JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS June ，2012 TiO 2/蒙脱石纳米复合材料结构组装过程与表征 古朝建1，2，彭同江2，孙红娟2 ，吕 霞2，罗利明 1，2 （1．西南科技大学材料科学与工程学院，绵阳621010；2．西南科技大学矿物材料及应用研究所，绵阳621010） 摘要：将氧化钛前驱体钛酸丁酯引入到不同用量十六烷基三甲基溴化铵（CTAB ）柱撑蒙脱石的层间域中，经原位水解、脱羟、成核结晶作用制备TiO 2/蒙脱石纳米复合结构材料。采用X 射线衍射（XRD ）分析手段对比研究了CTA +/蒙脱石、（Ti （OH ）4/CTA +）/蒙脱石和TiO 2/蒙脱石复合结构，揭示了不同阶段样品层间物在蒙脱石层间域中的组装方式。在季铵盐用量不同情况下， CTA +/蒙脱石复合物和（Ti （OH ）4/CTA +）/蒙脱石复合物中季铵盐阳离子的排布方式均出现单层平卧、单层倾斜和双层倾斜排布，但单层倾斜和双层倾斜排布的倾斜角度不同，在（Ti （OH ）4/CTA +）/蒙脱石层间域中季铵盐阳离子仍起到骨架作用；TiO 2/蒙脱石复合材料中锐钛矿相含量随季铵盐用量的增加而增大，但锐钛矿晶粒的尺寸逐渐减小，蒙脱石层间域对锐钛矿相晶粒的长大和转化为金红石相都具有显著的阻滞作用。 关键词：TiO 2；蒙脱石；层间域；纳米复合结构；组装收稿日期：2012-01-18；修订日期：2012-03-08基金项目：国家自然科学基金（41072033）；西南科技大学研究生创新基金（10ycjj08）资助项目作者简介：古朝建（1987-），男，四川省人，硕士研究生。E-mail ：guchaojian2005@163．com 通讯作者：彭同江，教授，博士生导师。E- mail ：tjpeng@swust．edu．cn 中图分类号：TB333 文献标识码：A 文章编号：1000- 985X （2012）03-0771-08Assembled Structure and Characterization of TiO 2/Montmorillonite Nano-composites GU Chao-jian 1，2，PENG Tong-jiang 2，SUN Hong-juan 2，LV Xia 2，LUO Li-ming 1，2 （1．Institute of Materials Science and Engineering ，Southwest University of Science and Technology ，Mianyang 621010，China ；2．Institute of Mineral Materials ＆Application ，Southwest University of Science and Technology ，Mianyang 621010，China ） （Received 18January 2012， accepted 8March 2012）Abstract ：TiO 2/montmorillonite composites were prepared following in-situ hydrolyzing and thermal treatment route involves the hydrolysis of tetranbutyl titanate （TBT ）and crystallization in the presence of organo-clays prepared from montmorillonite treated with different dosage of cetyltrimethyl ammonium bromide （CTAB ）． All the resulting materials （CTA +/montmorillonite ，（Ti （OH ）4/CTA +）/ montmorillonite and TiO 2/montmorillonite composites ）were characterized contrastively by XRD．With different dosage of CTAB ，assembly mode of CTA +/montmorillonite and （Ti （OH ）4/CTA +）/montmorillonite in the interlayer space of montmorillonite are both lateral-monolayer ，paraffin-type monolayer and paraffin-type bilayer ，the angle of inclination for paraffin-type monolayer and paraffin-type bilayer are different ，and cetyltrimethyl ammonium play a role of framework in the interlayer space of montmorillonite．The dosage of anatase in TiO 2/montmorillonite composites increases as the dosage of CTAB increasing ，but the size of anatase TiO 2dereases gradually．Interlayer space of montmorillonite could effectively inhibit the growth of anatase crystals and depress the phase transformation from anatase
(１) 高岭石（１：１型铝硅酸盐矿物） 由一个硅氧片和一个水铝片，通过共用硅氧顶端的氧原子连接起来的片状晶格构造。 每个晶层的一面是OH离子组（水铝片上的），另一面是O离子（硅氧片上的），因而叠加时晶层间可形成氢键，使各晶层之间紧密相连从而形成大颗粒，晶粒多呈六角形片状。 其分子结构外形特征为 ＯＨＯＨＯＨ .......ＯＨ 顶层───────────── 底层───────────── ＯＯＯ ........Ｏ 许多晶片相互重叠形成高岭矿物 特点：晶层与晶层间距离稳定，连接紧密，内部空隙小，电荷量少，单位个体小，分散度低。多出现于酸性土壤。如高岭石类。 高岭石的性质特点： 晶格内的水铝片和硅氧片很少发生同晶替代， 因此无永久性电荷。但水铝片上的--ＯＨ在一
定条件下解离出氢离子，使高岭石带负电。 晶片与晶片之间形成氢键而结合牢固，水分子及其他离子难以进入层间，并且形成较大的颗粒。因此其吸湿性、粘结性和可塑性较弱，富含高岭石的土壤保肥性差。 （2）蒙脱石类（２：１型铝硅酸盐矿物） 由两片硅氧片和一片水铝片结合成的一个晶片（层）单元，再相互叠加而成的。 每个晶层的两面均由O离子组（硅氧片上的），因而叠加时晶层间不能形成氢键，而是通过“氧桥”联结，这种联结力弱，晶层易碎裂，其晶粒比高岭石小。 特点： 胀缩性大，吸湿性强，易在两边硅氧片中以Al3+代Si4+，有时可在硅铝片中，一般以Mg2+代Al3+→带负电→吸附负离子。 如蒙脱石，这类矿物多出现于北方土壤。如东北、华北的栗钙土、黑钙土和褐土等。 （３）水云母类（２：１型粘土矿物）
结构与蒙脱石相类似，只是同晶替代产生的负电荷主要被钾离子中和,而少量被钙镁离子中和. 特点： a、永久性电荷数量少于蒙脱石。 b、层与层之间由钾离子中和，使得各层相互紧密结合。形成的颗粒相对比蒙脱石粗而比高岭石细。其粘结性、可塑、胀缩性居中。 c、钾离子被固定在硅氧片的六角形网孔中，当晶层破裂时，可将被固定的钾重新释放出来，供植物利用。 三种主要粘土矿物的性质比较
1、试比较三种主要黏土矿物（高岭石、水云母、蒙脱石）的性质。 (１) 高岭石（１：１型铝硅酸盐矿物） 由一个硅氧片和一个水铝片，通过共用硅氧顶端的氧原子连接起来的片状晶格构造。 每个晶层的一面是OH离子组（水铝片上的），另一面是O离子（硅氧片上的），因而叠加时晶层间可形成氢键，使各晶层之间紧密相连从而形成大颗粒，晶粒多呈六角形片状。 其分子结构外形特征为 ＯＨＯＨＯＨ .......ＯＨ 顶层───────────── 底层───────────── ＯＯＯ ........Ｏ 许多晶片相互重叠形成高岭矿物 特点：晶层与晶层间距离稳定，连接紧密，内部空隙小，电荷量少，单位个体小，分散度低。多出现于酸性土壤。如高岭石类。 高岭石的性质特点：
晶格内的水铝片和硅氧片很少发生同晶替代， 因此无永久性电荷。但水铝片上的--ＯＨ在一 定条件下解离出氢离子，使高岭石带负电。 晶片与晶片之间形成氢键而结合牢固，水分子及其他离子难以进入层间，并且形成较大的颗粒。因此其吸湿性、粘结性和可塑性较弱，富含高岭石的土壤保肥性差。 （2）蒙脱石类（２：１型铝硅酸盐矿物） 由两片硅氧片和一片水铝片结合成的一个晶片（层）单元，再相互叠加而成的。 每个晶层的两面均由O离子组（硅氧片上的），因而叠加时晶层间不能形成氢键，而是通过“氧桥”联结，这种联结力弱，晶层易碎裂，其晶粒比高岭石小。 特点： 胀缩性大，吸湿性强，易在两边硅氧片中以Al3+代Si4+，有时可在硅铝片中，一般以Mg2+代Al3+→带负电→吸附负离子。
如蒙脱石，这类矿物多出现于北方土壤。如东北、华北的栗钙土、黑钙土和褐土等。 （３）水云母类（２：１型粘土矿物） 结构与蒙脱石相类似，只是同晶替代产生的负电荷主要被钾离子中和,而少量被钙镁离子中和. 特点： a、永久性电荷数量少于蒙脱石。 b、层与层之间由钾离子中和，使得各层相互紧密结合。形成的颗粒相对比蒙脱石粗而比高岭石细。其粘结性、可塑、胀缩性居中。 c、钾离子被固定在硅氧片的六角形网孔中，当晶层破裂时，可将被固定的钾重新释放出来，供植物利用。 三种主要粘土矿物的性质比较
https://www.doczj.com/doc/e312164451.html, 粘土矿物在环境中的应用 刘龙涛1，崔丹2 1中国矿业大学（北京）资源学院（100083） 2陕西师范大学旅环院（710062） E-mail：wfhtllt@https://www.doczj.com/doc/e312164451.html, 摘要：随着科学技术的不断发展，人们在享受科技成果的同时，也造成了对自身生存环境的污染。许多化学污染物以多种途径进入环境，工业和生活废弃物的排放日益增多，造成土壤、水体和大气污染，严重影响着生态系统的安全，对人类与生态环境产生了直接或潜在的危害。随着工农业生产的飞速发展和人口急剧膨胀，人类活动与自然资源和环境之间的矛盾日益加剧，合理利用矿产资源和有效控制环境污染已是实现社会可持续发展的战略问题。目前，对于环境污染，人们已经研究出多种物理、化学和生物的方法来转移这些污染物。由于粘土矿物价格便宜且具有机械稳定性，多孔隙率、多种表面和结构、分散悬浮性、离子交换性、吸附性等，故用颗粒细小的粘土矿物及改性粘土矿物来转移污染物已经成为人们研究的热点。 关键词：粘土矿物 环境保护 构造特征 1． 引言 近几年，粘土矿物在环保方面的应用越来越广泛，在污水处理、大气吸附、过滤脱色等方面的应用水平不断提高;在生态建材(如具有保温、隔热、吸音、调光等功能的建材)、杀菌、消毒剂等方面都有新的应用技术和产品[22-23]。加强环境保护、改善生态平衡已成为当务之急。 2. 粘土矿物的结构特征概述 粘土矿物是颗粒细小(＜0.1mm)的含水层状结构硅酸盐矿物，其结构单元层是由Si-O四面体片与Al-O八面体片按不同的规律连结起来而构成，按其连接方式的不同把粘土矿物划分为1:1和2:1两种结构类型，前者如高岭石，后者如蒙脱石、伊利石、凹凸棒石等.粘土矿物结构单元层内部因发生离子的类质同象置换，比如四面体中Si4+被Al3+置换，八面体中Al3+被Fe2+、Mg2+置换，从而使其单元层表面具有电性.此外，粘土矿物颗粒细小，比表面积大，因而，粘土矿物会表现吸附性、离子变换性、胶体性、分散性和催化性，这些特性在环境污染处理中具有十分重要意义. 在粘土矿物中，硅、铝、氧是其中最主要的元素。在这些粘土矿物中，硅和氧结合生成硅氧四面体，铝和氧结合生成了铝氧八面体，其中硅氧四面体分布在同一个平面内，彼此以3个角顶相连，从而形成二维延展的网层即四面体片。同样，铝氧八面体共用边角形成了八面体.这些硅氧四面体片和铝氧八面体片又共用氧原子，将不同的片结合在一起.形成层状结 -1-
重金属离子污染 水体重金属离子污染是指含有重金属离子的污染物进入水体对水体造成的污染。矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中产生的重金属废水（含有铬、镉、铜、汞、镍、锌等重金属离子）是对水体污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一。废水中的重金属是各种常用水处理方法不能分解破坏的，而只能转移它们的存在位置和转变它们的物理化学状态。因此，重金属废水应当在产生地点就地处理，不同其他废水混合。如果用含有重金属离子的污泥和废水作为肥料和灌溉农田，会使土壤受污染，造成农作物中及进入水体后造成水生生物中重金属离子的富集，通过食物链对人体产生严重危害。 镉:自1995年起，居住在日本富山市神通川下游地区的一些农民得了一种奇怪的病。得病初期，患者只感到腰、背和手足等处关节疼痛，后来发展为神经痛。患者走起路来像鸭子一样摇摇摆摆，晚上睡在床上经常痛得直喊“痛……”因此这种病被称为“痛痛病”，又称为“骨痛病”。得了这种病，人的身高缩短，骨骼变形、易折，轻微活动，甚至咳嗽一声，都可能导致骨折。一些人痛不欲生，自杀身亡。经过调查，造成这种骨痛病的原因是神通川上游的炼锌厂长年累月排放含镉的废水，当地农民长期饮用受到镉污染的河水，并且食用此水灌溉生长的稻米，于是镉便通过食物链进入人体，在体内逐渐积聚，引起镉中毒，造成“骨痛病。 汞: 五十年代初期，在日本九州熊本县水俣镇，由于人食用受甲基汞毒害的鱼类而导致甲基汞中毒，导致中毒者283人，其中60人死亡。症状：口齿不清、步履不稳、面部痴呆进而耳聋眼瞎、全身麻木，最后精神失常，身体弯曲至死亡。其产生的原因是由于工厂生产氯乙烯和醋酸乙烯时采用氯化汞、硫酸、催化剂，把含有机汞的废水、废渣排入水俣湾，使鱼、贝壳类受污染。 锰: 四十多年前，日本有个村庄发生了一起可怕的集体“发疯”事件，有16个村民突然一起“发疯”了。这些“疯子”一会儿哭哭啼啼，一会儿又哈哈大笑；发作时两手乱摇，颤抖不止，而下肢发硬直，如此反复发作，直至“疯死”。这起集体“发疯”事件经多方研究调查，发现这些人喝的是同一口水井中的水，考察水井，又在旁边挖出了大量废旧、破烂的干电池。原来这是水井的水受干电池中某些有害成份污染而造成的。据环境科学研究表明，废旧干电池中的锌、二氧化锰等成分长期埋在地下，会
颜色光泽硬度相对密度其它 高岭石Al4[Si4O10]·(OH8晶体属三斜晶系的层状结构硅酸盐矿 物。多呈隐晶质、 分散粉末状、疏松 块状集合体。 白或浅灰 、浅绿、 浅黄、浅 红等颜色 土状光泽2-2.5 2.60~2.63 ①折射率:α 1.553 - 1.565, β 1.559 - 1.569, γ 1.569 - 1.570。②透明 性:透明至半透明。③吸水 性强,和水具有可塑性,粘 舌,干土块具粗糙感。 纳米高岭石可以做成涂料。另 外,还可以制成不同用途的特种
纳米涂料,如抗紫外线涂料、隐身涂料等。纳米高岭石还可用于造纸、环保、纺织、高档化妆品、高温耐火材料的制造。 蒙脱石Ex(H2O4{(Al2- x,Mgx2[(Si,Al4O1 0](OH2} E为层间可交换阳离 子,主要为Na+、 Ca2+,其次有K+、 Li+等 单斜晶系;C32h- C2/m;a0=0.523 nm,b0=0.906 nm,c0=0.96~2.05 nm之间变化。 白色,有 时为浅灰 、粉红、
浅绿色 土状光泽 或蜡块光 泽 2~2.52~2.7 ①甚柔软,有滑感。②加水 膨胀,体积能增加几倍,并 变成糊状物。③具有很强的 吸附力及阳离子交换性能。 利用其阳离子交换性能制成蒙脱石有机复合体,广泛用于高温润脂、橡胶、塑料、油漆;利用其吸附性能,用于食油精制脱色除毒、净化石油、核废料处理、污水处理;利用其粘结性可作铸造型砂粘结剂等;利用其分散悬浮性用于钻井泥浆。蒙脱石在医药、畜类(猪,兔养殖中应用广 泛。
伊利石K0.75(Al1.75R[Si3 .5Al0.5O10](OH2晶体主要属单斜晶系的含水层状结构 硅酸盐矿物。属于2 ﹕1型结构单元层的 二八面体型 纯者洁 白,因含 杂质而呈 浅绿、浅 黄或褐色 块状者油 脂光泽 1~2 2.5~2.8 伊利石是介于云母和高岭石 及蒙脱石间的中间矿物 可用于制作钾肥、高级涂料及填料、陶瓷配件、高级化妆品、土 壤调整剂、家禽饲料添加剂、高
作为岩石组分的粘土矿物其含量、种类及其分布、产状等对地层伤害有着非常密切的关系。由于粘土矿物颗粒细小（<0.01mm），比表面极大，并具有特殊的结构组成，因此它们对外来作业流体如注入水、压裂液、酸化液、压井液等的侵入极为敏感。当与外来流体接触时，粘土矿物往往会发生膨胀、微粒运移、生成某种沉淀等从而堵塞储层油气流动的孔隙通道，造成储层渗流能力的下降，损害油气层。因此了解粘土矿物的性质对油田开发十分重要。 通过X射线衍射分析和扫描电子显微镜技术可以确定岩石中粘土矿物的含量、分布及产状等。选取了西泉5井的部分岩石样品进行了上述测定，测定结果见表1。 表1 西泉5井区三叠系储层粘土矿物含量统计表 根据X衍射和扫描电镜分析，韭菜园子组砂层以蒙皂石（包括蒙脱石和皂石两个亚族）为主，63％～98％，平均87.8％；其次为伊/蒙混层（20％～99％，平均72.76％），绿泥石（1％～55％，平均9.33％），另有高岭石（1％～12％，平均5.74％）和伊利石（2％～16％，平均6.24％）（见表1）。 对韭菜园子组敏感性的简单分析：（供参考） 韭菜园子组伊/蒙混层和绿/蒙混层含量较多，伊/蒙混层和绿/蒙混层是遇水易膨胀的矿物，易发生粘土膨胀和分散造成地层伤害。 韭菜园子组绿泥石含量相对较高（平均9.33％），绿泥石是酸敏性矿物，酸化时易造成氢氧化铁胶体沉淀（酸敏）。另外伊利石和高岭石是速敏性矿物，易造成颗粒运移堵塞地层。
粘土矿物分析在储层潜在敏感性评价中的应用 一、粘土矿物类型 粘土矿物(clay minerals)是粘土和粘土岩中晶体一般小于2微米，主要是含水的铝、铁和镁的层状结构硅酸盐矿物。有的在其成分中还有某些碱金属或碱土金属存在。粘土矿物包括高岭石族矿物、蒙皂石、蛭石、粘土级云母、伊利石、海绿石、绿泥石和膨胀绿泥石以及有关的混层结构矿物，此外还包括具过渡性的层链状结构的坡缕石（凹凸棒石）和海泡石以及非晶质的水铝英石。除水铝英石外均属层状或层链状结构硅酸盐，因此粘土矿物可按层状结构硅酸盐矿物的分类来划分。粘土矿物按成因可分为他生粘土矿物和自生粘土矿物两类，他生粘土矿物主要是来自沉积物源区的陆源矿物，矿物成分与母源区岩石类型关系密切；自生粘土矿物为储层在特定成岩阶段化学反应析出的矿物，如自生绿泥石、自生高岭石等。不同成因粘土矿物通常具有不同的矿物组合、产状、晶形和分布规律等特征。 粘土矿物的粒度细小，其大小和形态需用电子显微镜才能测定。多数粘土矿物如伊利石等呈鳞片状，结晶良好的高岭石则呈完整的假六方片状。少数粘土矿物呈管状（埃洛石）或纤维状（坡缕石和海泡石）。 晶体结构与晶体化学特点决定了它们的如下一些性质。①离子交换性。具有吸着某些阳离子和阴离子并保持于交换状态的特性。一般交换性阳离子是Ca2+、Mg2+、H+、K+、(NH4)+、Na+，常见的交换性阴离子是(SO4)2-、CI-、(PO4)3-、(NO3)-。产生阳离子交换性的原因是破键和晶格内类质同象置换引起的不饱和电荷需要通过吸附阳离子而取得平衡。阴离子交换则是晶格外露羟基离子的交代作用。②粘土-水系统特点。粘土矿物中的水以吸附水、层间水和结构水的形式存在。结构水只有在高温下结构破坏时才失去，但是吸附水、层间水以及海泡石结构孔洞中的沸石水都是低温水，经低温（100～150℃）加热后就可脱出，同时象蒙皂石族矿物失水后还可以复水，这是一个重要的特点。粘土矿物与水的作用所产生的膨胀性、分散和凝聚性、粘性、触变性和可塑性等特点在工业上得到广泛应用。③粘土矿物与有机质的反应特点。有些粘土矿物与有机质反应形成有机复合体，改善了它的性能，扩大了应用范围，还可作为分析鉴定矿物的依据。此外，粘土矿物晶格内离子置换和层间水变化常影响光学性质的变化。蒙皂石族矿物中的铁、镁离子置换八面体中的铝，或者层间水分子的失去，都使折光率与双折射率增大。 粘土矿物的形成方式有三种：①与风化作用有关。风化原岩的种类和介质条件如水、气候、地貌、植被和时间等因素决定了矿物种和保存与否。②热液和温泉水作用于围岩，可以形成粘土矿物的蚀变富集带。③由沉积作用、成岩作用生成粘土矿物。 高岭土主要用作陶瓷原料、造纸的填料和涂层；主要由蒙脱石构成的膨润土用于作
柱撑蒙脱石及其热处理产物孔性研究 作者：朱建喜， 何宏平， 杨丹， 郭九皋， 谢先德 作者单位：朱建喜(淅江大学西溪校区环境科学系,杭州,310028;中国科学院广州地球化学研究所,广州,510640)， 何宏平,杨丹,郭九皋,谢先德(中国科学院广州地球化学研究所,广州,510640)刊名： 无机材料学报 英文刊名：JOURNAL OF INORGANIC MATERIALS 年，卷(期)：2004，19(2) 被引用次数：7次 参考文献(8条) 1.戴劲草.肖子敬.吴宇航查看详情[期刊论文]-矿物学报 2001(03) 2.Pinnavaia T J查看详情 1983 3.Meier L P.Nueesch R.Madsen F T查看详情 2001 4.Wang Z.Pinnavaia T J查看详情 1998 5.Wu J H.Lerner M M查看详情 1993 6.Sun Kou M R.Mendioroz S.Munoz V查看详情 2000 7.Sychev M.Shubina T.Rozwadowski M查看详情 2000 8.Moreno S.Gutierrez E.Alvarez A查看详情 1997 相似文献(9条) 1.期刊论文甘学锋.Gan Xuefeng柱撑蒙脱石的制备研究-广东化工2009,36(7) 以山西某地膨润土为原料、Keggin离子作柱化剂,制备了柱撑蒙脱石,探讨了浆同含量、柱化剂用量、反应温度、反应时长和pH等因素的影响.将柱撑蒙脱石经过不同温度下煅烧,探讨了其热稳定性.结果表明,蒙脱石柱撑后层间距可增大至2.007 nm,柱化剂用量增大和加酸活化控制适宜pH有利于柱撑效果.柱撑蒙脱石在500℃煅烧后晶体层状结构保持完好. 2.期刊论文丛兴顺.CONG Xing-shun无机柱撑蒙脱石的柱化机理及应用研究进展-枣庄学院学报2007,24(5) 柱撑蒙脱石作为一种新型的多孔材料是当前矿物材料学研究的热点之一,其具有大的比表面积、大小可调的孔径、强的酸性而成为性能优异的吸附剂和催化剂,在石油化工和环保领域具有广阔的应用前景.本文概述了柱撑蒙脱石的制备、柱化机理及其应用等方面的研究进展,指出了柱撑蒙脱石研究中存在的问题(热稳定性,水热稳定性和孔结构等),报道了柱撑蒙脱石研究热点,论述了柱撑蒙脱石研究的发展方向. 3.期刊论文冯新.宋波.吴平霄.廖宗文柱撑蒙脱石改性磷铵及其增效机理研究-矿物岩石地球化学通报 2002,21(4) 本文通过Keggin离子制备了柱撑蒙脱石,并对其进行了酸化处理.盆栽试验研究表明,利用柱撑蒙脱石和酸化柱撑蒙脱石对磷酸二铵进行改性试验处理,生物量显著高于磷铵对照,氮素和磷素利用率显著提高.X射线衍射技术和红外光谱对改性磷铵进行结构研究表明,其晶体结构发生了较大的变化,这种变化减少了氮的损失和磷在土壤中的固定,从而提高磷铵氮磷的生物有效性. 4.学位论文钟钢铬铝基柱撑蒙脱石的制备及其表征2009 本论文对河南信阳钙基蒙脱石进行钠化改性，并利用离子交换法制备了铬铝基柱撑蒙脱石。采用X射线衍射分析、傅立叶变换红外光谱分析、热分析、氮吸附分析等手段对铬铝基柱撑蒙脱石进行了表征，研究了铬铝基柱撑蒙脱石的热稳定性，并对柱化剂离子的晶体结构进行了初步探讨。 本实验以（001）面间距d（001）值作为判断铬铝基柱撑蒙脱石柱撑效果的标准。选择了铬铝基柱撑蒙脱石的较佳制备工艺条件，即Cr/Al离子摩尔比为2：1、OH/（Cr+Al）离子摩尔比为2.0、（Cr+Al）/蒙脱石为10mmol/g、水浴温度为60℃、柱化剂和柱撑产物的老化时间都为48h。XRD分析结果表明：钠基蒙脱石的（001）面间距d（001）值从1.2726nm变成2.0535nm，说明聚合羟基铬铝复合离子已进入蒙脱石层间。傅立叶红外光谱分析结果表明：铬铝柱撑蒙脱石的基本结构在离子交换过程中并没有发生改变，三价铬离子倾向于以铬氧八面体的形式进入铬铝基柱撑蒙脱石层间。氮吸附分析结果表明：铬铝基柱撑蒙脱石的比表面积为170.4㎡/g、孔容为0.1841cm3/g、平均孔径为3.840nm，说明铬铝基柱撑蒙脱石具有较大的比表面积、较大的微孔和较小的介孔。 热分析结果表明：355℃处出现一个吸热谷，这一吸热谷对应着铬铝基柱撑蒙脱石层间柱化剂中的铝氧低聚体分解脱水；在477℃出现的吸热峰由铬铝基柱撑蒙脱石中羟基铬离子的脱羟基引起的。XRD分析结果表明：经过500℃热处理后，铬铝基柱撑蒙脱石的（001）层间距d（001）从2.0535nm为 1.7092nm。红外光谱分析结果表明：铬铝基柱撑蒙脱石经过500℃煅烧后，蒙脱石骨架[Si4O10]n与层间柱化剂离子之间发生了成键反应，形成了Si-O-Al或Si-O-Cr键合。 在铬铝柱化剂离子结构中，三价铬离子以铬氧八面体或畸形铬氧八面体的形式部分替代Keggin离子中铝氧八面体中三价铝离子的位置，并以类似聚合羟基硅铝的结构形式存在于蒙脱石层间。 5.期刊论文吴平霄.张惠芬.郭九皋.王辅亚.刘小勇.WU Ping-Xiao.ZHANG Hui-Fen.GUO Jiu-Gao.WANG Fu-Ya.LIU Xiao-Yong柱撑蒙脱石的微结构变化研究-无机材料学报1999,14(1) 制备了柱撑蒙脱石,并运用27Al核磁共振谱等技术对柱化溶液中的Al的状态进行了研究,运用X射线定向衍射技术、红外光谱、差热、热重分析及原子力显微镜等技术对柱化粘土中Keggin结构的作用及热稳定性进行了研究. 结果表明,AlCl3溶液在[OH-]/[Al3+]=2.4时水解生成的Keggin离子最多. 柱撑蒙脱石层间距在自然状态下为2.53nm,300℃灼烧后层间距稳定在1.83nm,具有较好的热稳定性. 6.期刊论文吴平霄无机插层蒙脱石功能材料的微结构变化研究-现代化工2003,23(7) 使用含Al3+的Keggen离子制备了无机插层柱撑蒙脱石,并运用27Al核磁共振谱等技术对柱化溶液中的Al的状态进行了研究,运用X射线定向衍射技术、
凹凸棒石黏土简介 凹凸棒石黏土是指以凹凸棒石（Attapulgite）为主要组成成分的一种黏土矿物，凹凸棒石在矿物学分类上隶属于海泡石族，为一种晶质水合镁铝硅酸矿物。1862年俄国学者隆夫钦科夫最早于乌拉乐矿区的热液蚀变产物中发现了这一矿物，并将其命名为坡缕（Palygorskite）.法国学者拉巴朗特（https://www.doczj.com/doc/e312164451.html,porent）于1935年又在美国佐治亚州凹凸堡（Attapulays）和法国莫摩隆（Mormoriron）沉积岩中发现了此种矿物，并命名为凹凸棒石（Attapulgite）。习惯上人们将沉积成因的呈土状者称为凹凸棒石，将热液成因的呈绒状，纤维状的称作坡缕石。具有独特的层链状结构特征，在其结构中存在晶格置换，故晶体中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+，晶体呈针状、纤维状或纤维集合状。凹凸棒石具有独特的分散、耐高温、搞盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附脱色能力，并具有一定的可塑性及粘结力，Bradley(1942年)提出了凹凸棒石理想晶体化学式：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4?4H2O。 凹凸棒石具有介于链状结构和层状结构之间的中间结构。凹凸棒石呈土状、致密块状产于沉积岩和风化壳中，颜色呈白色、灰白色、青灰色、灰绿色或弱丝绢光泽。土质细腻，有油脂滑感，质轻、性脆，断口呈贝壳状或参差状，吸水性强。湿时具粘性和可塑性干燥后收缩小，不大显裂纹，水浸泡崩散。悬浮遇电解质不絮凝沉淀。 一、名称：凹凸棒石黏土，又名坡缕缟石、山软木、漂白土和白土等。 二、理想结构式： Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4?4H2O 三、氧化物组成： 四、矿物组成：
高岭石是长石和其他硅酸盐矿物天然蚀变的产物，是一种含水的铝硅酸盐。高岭石为或致密或疏松的块状，一般为白色，如果含有杂质便呈米色。高岭石经风化或沉积等作用变成高岭土，而高岭土则是制作陶瓷的原料。除此以外，高岭土还可作化工填料、耐火材料、建筑材料等等，用途十分广泛。 高岭石属于粘土矿物，其化学组成为Al4[Si4O10]·(OH)8，理论组成(wB%)：Al2O3 41.2，SiO2 48.0，H2O 10.8。成分常较简单，只有少量Mg、Fe、Cr、Cu 等代替八面体中的Al。Al、Fe代替Si数量通常很低。碱和碱土金属元素多是机械混入物。由于晶格边缘化学键不平衡，可引起少量阳离子交换。晶体属三斜晶系的层状结构硅酸盐矿物。多呈隐晶质、分散粉末状、疏松块状集合体。白或浅灰、浅绿、浅黄、浅红等颜色，条痕白色，土状光泽。摩氏硬度2-2.5，比重2. 6-2.63。吸水性强，和水具有可塑性，粘舌，干土块具粗糙感。 高岭石是组成高岭土的主要矿物，常见于岩浆岩和变质岩的风化壳中。中国高岭石的著名产地有江西景德镇、江苏苏州、河北唐山、湖南醴陵等。世界其它著名产地有英国的康沃尔和德文、法国的伊里埃、美国的佐治亚等。高岭石是陶瓷的主要原料，高岭石粘土除用作陶瓷原料、造纸原料、橡胶和塑料的填料、耐火材料原料等外，还可用于合成沸石分子筛以及日用化工产品的填料等。 高岭石多呈隐晶质致密块状或土状集合体。电镜下呈自形六方板状、半自形或它形片状晶体。鳞片大小一般为0.2~5μm，厚度0.05~2μm。有序度高的2M1高岭石鳞片可达0.1~ 0.5mm，有序度最高的2M2高岭石鳞片可达5mm。集合体通常为片状、鳞片状、放射状等。 【鉴定特征】致密土状块体易捏碎成粉末、粘舌、加水具可塑性，在密闭的试管内加热后失去水分。灼烧后与硝酸钴作用呈蓝色反应（Al）。高岭石及其多型可用X射线衍射和热分析加以区分。埃洛石与高岭石的不同点是在100~20 0℃范围存在着明显的吸热效应，即相当于脱去层间水。 [工业应用]。 【物理性质】纯者白色，因含杂质可染成深浅不同的黄、褐、红、绿、蓝等各种颜色；致密块体呈土状光泽或蜡状光泽。｛001｝极完全解理。硬度2.0～3.5。相对密度2.60～263。土状块体具粗糙感，干燥时具吸水性(粘舌)，湿态具可塑性，但不膨胀。 【主要用途】高岭石自古以来就被应用于陶瓷工业，它是陶瓷制品的最基本原料，主要利用的是它的可塑性(在陶瓷坯体中易成型),烧结性(在加热过程中易熔物产生液相充填于未熔颗粒空隙中，使气孔率下降而致密、坚硬)，耐高温性，呈洁白色等性能。此外，在电器、建材、日用品及橡胶、造纸业等工业也有广泛应用。高岭石的粒度对其工艺性能有很大影响，粒度越细，可塑性越好，越易烧结。如纸张涂布、高光洁油漆、油墨、特种陶瓷和橡胶用的一级涂布高岭石粘土，其粒度小于2μm的部分不应低于80%。
文章编号:1001-909X (2008)01-0058-07 收稿日期: 2006-05-15 基金项目:国家自然科学基金资助项目(40476050) 作者简介:邱中炎(1981-),男,广西柳州市人,硕士研究生,主要从事海洋环境记录方面的研究。 南海粘土矿物组合特征及其环境意义 邱中炎 1,2 ,沈忠悦3,韩喜球 1,2 ,陈建芳 1 (1.国家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州 310012; 2.国家海洋局海底科学重点实验室,浙江杭州 310012; 3.浙江大学地球科学系,浙江杭州 310027) 摘 要:利用X 射线衍射法(X RD )对南海12个海底表层沉积物和20个悬浮物样品中粘土矿物组成和分布特征进行了综合分析。结果表明:(1)研究区的表层沉积物粘土矿物以伊利石为主,其次为绿泥石、高岭石、伊/蒙间层矿物以及蒙皂石;悬浮物粘土矿物是以绿泥石为主,其次为高岭石、蒙皂石、伊利石以及伊/蒙间层矿物。(2)粘土矿物的组成和分布特征主要受气候条件、物质来源、水动力条件及相互间稀释作用的制约。伊利石的含量随离岸距离和水深的增加呈增大趋势;高岭石则在近岸区特别是河口区富集;绿泥石在西部沿岸海区的含量较低,在东部岛弧和北部台湾岛附近海区的含量较高;蒙皂石与火山作用密切相关,在东部火山岛弧附近海区含量较高。(3)粘土沉积物的来源以河流输入为主,海洋自生和风尘搬运对该区的沉积影响不大。(4)深海悬浮物粘土矿物的组成变化能够很好地指示短尺度气候环境的变迁,伊利石的结晶程度对气候和环境变化反映灵敏,其随所处环境的压力增大而变差。 关键词:南海;粘土矿物;结晶度;环境意义中图分类号: P736.21 文献标识码:A 0 引言 南海背靠亚洲大陆、外绕岛弧,是一个典型的 半封闭性边缘海,其独特的地理位置和晚新生代以来的高沉积速率,引起了中外众多海洋地质学家的极大关注。海洋粘土矿物的分布非常广泛,它的组成和分布特征可以反映源区气候以及许多非气候条件,如物质来源、沉积环境和水动力条件等。对粘土矿物的组合、含量、粒度分布特征以及结构特点的深入研究,可为了解粘土矿物的形成、推测来源区气候环境的特征及沉积环境提供有益的信息,对解决相关的地质科学问题、改善生态环境具有重要意义。前人对南海表层沉积物中的粘土矿物特征曾进行了大量的研究[1-6] ,本文在对其组合特征进行研究的同时,还对不同季节、不同水深采集到的悬浮物样品中粘土矿物组合特征进行了研究,为未来南海粘土矿物来源及在时间和空间上变化的进一步研究提供科学依据。 1 样品及实验方法 本文共采集了32个样品,其中12个样品来自于南海海底表层沉积物,20个样品来自于南海N E 2站位(17.2534°N 、119.5013°E )的海洋悬浮物(图1)。 表层沉积物样品是利用箱式采集器采集的,悬浮物样品是1998年7月8日～1999年4月30日利用悬浮物采集器采集的。采集悬浮物时,将各采集器悬挂于浅、中、深3种不同水深处,当悬浮物缓慢沉淀到采集器中后,将悬浮物取出,经低温冷冻烘干后密封保存,供实验室分析和测量使用,采集的周期为半个月至一个月不等。 实验室分析和测量步骤如下:(1)原样品经醋酸处理去除碳酸盐矿物后,用离心法分离,获得粒级小于2μm 的粘土矿物;(2)采用自然沉降法制取定向样品,并进行X 射线衍射(X RD)分析;(3)自然定向样品在60℃的乙二醇饱和蒸汽中恒温16h, 第26卷 第1期2008年3月 海 洋 学 研 究 JOURNAL OF MARINE S CIENC ES V ol.26 N o.1M a r., 2008
黏土 粘土含沙粒很少、有黏性的土壤，水分不容易从中通过才具有较好的可塑性。一般的粘土都由硅酸盐矿物在地球表面风化后形成。一般在原地风化，颗粒较大而成分接近原来的石块的，称为原生黏土或者是一次黏土。这种黏土的成分主要为氧化硅与氧化铝，色白而耐火，为配制瓷土之主要原料。 黏土，又作粘土，是颗粒非常小的可塑的硅铝酸盐。除了铝外，黏土还包含少量镁、铁、钠、钾和钙，是一种重要的矿物原料。黏土一般由硅铝酸盐矿物在地球表面风化后形成。但是有些成岩作用也会产生黏土。在这些过程中黏土的出现可以作为成岩作用进展的指示。 黏土是一种重要的矿物原料。由多种水合硅酸盐和一定量的氧化铝、碱金属氧化物和碱土金属氧化物组成，并含有石英、长石、云母及硫酸盐、硫化物、碳酸盐等杂质。 黏土矿物的颗粒细小，常在胶体尺寸范围内，呈晶体或非晶体，大多数是片状，少数为管状、棒状。 黏土矿物用水湿润后具有可塑性，在较小压力下可以变形并能长久保持原状，而且比表面积大，颗粒上带有负电性，因此有很好的物理吸附性和表面化学活性，具有与其他阳离子交换的能力。 粘土一般由硅酸盐矿物在地球表面风化后形成。一般在原地风化，颗粒较大而成分接近原来的石块的，称为原生黏土或一次黏土。这种黏土的成分主要为氧化锡与氧化铝，色白而耐火，为配制瓷土之主要原料。 而黏土再继续风化而变幼，再经流水及风力迁移，而在下游形成一层厚厚的黏土，称为次生黏土或二次黏土。这种黏土因受污染，含金属氧化物较多，色深而耐火度较低。因黏性及可塑性佳，为配制陶土之主要原料。 高岭土是以高岭石亚族矿物为主要成分的软质黏土。主要由高岭石矿物组成。自然界中,组成高岭土的矿物有黏土矿物和非黏土矿物两类。颜色为白色,最高白度大于95%,硬度为1~4。
1、试比较三种主要黏土矿物(高岭石、水云母、蒙脱石)的性质。 (１) 高岭石(１:１型铝硅酸盐矿物) 由一个硅氧片与一个水铝片,通过共用硅氧顶端的氧原子连接起来的片状晶格构造。 每个晶层的一面就是OH离子组(水铝片上的),另一面就是O离子(硅氧片上的),因而叠加时晶层间可形成氢键,使各晶层之间紧密相连从而形成大颗粒,晶粒多呈六角形片状。 其分子结构外形特征为 ＯＨＯＨＯＨ、、、、、、、ＯＨ 顶层───────────── 底层───────────── ＯＯＯ、、、、、、、、Ｏ 许多晶片相互重叠形成高岭矿物 特点:晶层与晶层间距离稳定,连接紧密,内部空隙小,电荷量少,单位个体小,分散度低。多出现于酸性土壤。如高岭石类。 高岭石的性质特点:
晶格内的水铝片与硅氧片很少发生同晶替代, 因此无永久性电荷。但水铝片上的--ＯＨ在一 定条件下解离出氢离子,使高岭石带负电。 晶片与晶片之间形成氢键而结合牢固,水分子及其她离子难以进入层间,并且形成较大的颗粒。因此其吸湿性、粘结性与可塑性较弱,富含高岭石的土壤保肥性差。 (2)蒙脱石类( ２:１型铝硅酸盐矿物) 由两片硅氧片与一片水铝片结合成的一个晶片(层)单元,再相互叠加而成的。 每个晶层的两面均由O离子组(硅氧片上的),因而叠加时晶层间不能形成氢键,而就是通过“氧桥”联结,这种联结力弱,晶层易碎裂,其晶粒比高岭石小。 特点: 胀缩性大,吸湿性强,易在两边硅氧片中以Al3+代Si4+,有时可在硅铝片中,一般以Mg2+代Al3+→带负电→吸附负离子。 如蒙脱石,这类矿物多出现于北方土壤。如东北、华北的栗钙土、黑钙土与褐土等。 (３)水云母类 (２:１型粘土矿物)
粘土矿物在地质、环境、材料科学领域中的应用 随着人类对粘土矿物研究的日益深入以及粘土矿物在各领域中的应用日益加深，粘土矿物的独特性质正越来越受到人们的关注。粘土矿物分布的广泛性、特有的物理、化学、晶体结构的性质及其形成机理的独特性，决定了它在地质、环境、材料科学领域应用中的重要意义。 1.粘土矿物的结构特征概述 粘土矿物是颗粒细小（<0.1mm）的含水层状结构硅酸盐矿物，其结构单元层是由si-o四面体片与Al-o八面体片按不同的规律连结起来而构成，按其连结方式的不同把粘土矿物分为1:1和2:1两种结构类型，前者如高岭石，后者如蒙脱石、伊利石、凹凸棒石等。粘土矿物结构单元层内部因发生离子的类质同象置换，比如四面体中Si离子被Ai离子置换，八面体中Ai离子被Fe、Mg离子置换，从而使其单元层表面具有电性。此外，粘土矿物颗粒细小，比表面积大，因而，粘土矿物会表现吸附性、离子交换性、胶体性、分散性和催化性，这些特征在地质、环境、材料科学领域中具有十分重要的意义。 在粘土矿物中，硅、铝、氧是其中最主要的元素。在这些粘土矿物中，硅和氧结合生成硅氧四面体，铝和氧结合生成铝氧八面体，其中硅氧四面体分布在同一个平面内，彼此以三个角顶相连，从而形成二维延展的网层即四面体片。同样，铝氧八面体共用边角形成了八面体片。这些铝氧四面体片和硅氧八面体片又共用氧原子，将不同的片结合在一起，形成层状结构。 粘土矿物除少数为非晶质外，大多是是由按四面体配位阳离子(Si4+、Al3+、Fe3+)和按八面体配位阳离子（Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+）组成层状或链状的硅酸盐化合物。层状硅酸盐的基本结构单元是硅氧四面体层或水镁石层或三水铝石八面体层。粘土矿物可分为高岭石类、蒙脱石类和云母类等。高岭石为1:1型结构，基本式为Si4Ai4O10（OH）8，个单元层间距小，小分子或阳离子很少有机会进入层际空隙中，故层际通常不发生离子交换，而是在粘土的表面和边、角发生。蒙脱石类和云母类粘土均为2:1型结构其基本式为Si3Ai4O20（OH）4·nH2O，由于同晶置换，这两种类型的粘土矿的离子交换除在层面的边、脚上发生，更多是由层际间的阳离子交换而形成。 2.粘土矿物在石油地质中的应用