黏土礦物學(xué)

第一章黏土礦物的晶體化學(xué)特征1

第一節(jié)基本結(jié)構(gòu)單元1

第二節(jié)基本結(jié)構(gòu)層3

第三節(jié)層間域、層間物、層電荷和單位結(jié)構(gòu)4

第四節(jié)有序-無序和多型5

參考文獻(xiàn)6

第二章黏土礦物分類與命名7

第一節(jié)分類7

第二節(jié)命名9

參考文獻(xiàn)12

第三章黏土礦物族的晶體結(jié)構(gòu)特征13

第一節(jié)蛇紋石-高嶺石族 13

第二節(jié)滑石-葉臘石族 21

第三節(jié)云母族24

第四節(jié)蒙皂石-蛭石族32

第五節(jié)綠泥石族39

第六節(jié)坡縷石-海泡石族46

第七節(jié)間層礦物48

參考文獻(xiàn)56

第四章黏土礦物的物理化學(xué)性質(zhì)58

第一節(jié)基本概念58

第二節(jié)吸附性65

第三節(jié)膨脹性68

第四節(jié)黏土膠體的流變性質(zhì)71

第五節(jié)黏土-有機(jī)質(zhì)相互作用71

參考文獻(xiàn)73

第五章黏土礦物的成因和分布74

第一節(jié)風(fēng)化黏土礦物74

第二節(jié)自生黏土礦物78

第三節(jié)成巖黏土礦物82

第四節(jié)蝕變黏土礦物84

參考文獻(xiàn)86

第六章黏土礦物的分離提純技術(shù)方法87

第一節(jié)分散87

第二節(jié)分離88

第三節(jié)分離程序簡(jiǎn)介92

參考文獻(xiàn)95

第七章黏土礦物的研究方法96

第一節(jié)X射線衍射分析96

第二節(jié)透射電子顯微鏡分析106

第三節(jié)傅里葉變換紅外光譜分析111

第四節(jié)熱分析115

第五節(jié)比表面積和孔隙率121

參考文獻(xiàn)128

第八章黏土礦物的應(yīng)用138

第一節(jié)概述138

第二節(jié)黏土礦物的傳統(tǒng)應(yīng)用140

第三節(jié)納米復(fù)合材料和催化劑149

第四節(jié)黏土與環(huán)境保護(hù)和人類健康157

第五節(jié)沉積黏土礦物在地質(zhì)測(cè)年方面的應(yīng)用168

第六節(jié)黏土礦物重建古環(huán)境氣候的應(yīng)用170

第七節(jié)黏土礦物在油氣地質(zhì)方面的應(yīng)用178

第八節(jié)寶玉石中的黏土礦物189

參考文獻(xiàn)200

附錄1常見黏土礦物粉晶X射線衍射數(shù)據(jù)211

附錄2黏土礦物中英文名稱對(duì)照表227

附錄3常見黏土礦物的掃描電鏡照片228 2100433B

《黏土礦物學(xué)》一書從黏土礦物的晶體化學(xué)特征、分類命名、黏土礦物各族的晶體結(jié)構(gòu)特征、物理化學(xué)性質(zhì)、成因與分布、分離提純技術(shù)、研究方法和應(yīng)用現(xiàn)狀等八個(gè)方面對(duì)黏土礦物進(jìn)行系統(tǒng)論述，涉及蛇紋石-高嶺石族、滑石-葉臘石族、云母族、蒙皂石-蛭石族、綠泥石族 、坡縷石-海泡石族和間層礦物等黏土礦物各族的晶體結(jié)構(gòu)，以及黏土礦物的四類成因類型，即風(fēng)化型、自生型、成巖型和蝕變型。力圖將近年來黏土礦物發(fā)展以及在各領(lǐng)域的應(yīng)用研究現(xiàn)狀盡可能全面系統(tǒng)地呈現(xiàn)給讀者，為讀者學(xué)習(xí)黏土礦物學(xué)和從事黏土礦物的科學(xué)研究提供方便。

本書可作為地球科學(xué)、材料科學(xué)、土壤科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等學(xué)科的本科生和研究生教材，也可作為相關(guān)領(lǐng)域科研人員的參考書和工具書。

本書是一本頗有新意的礦物學(xué)教材。作者把現(xiàn)代科學(xué)中各基礎(chǔ)學(xué)科的重要進(jìn)展與礦物學(xué)緊密結(jié)合起來，特別是使結(jié)構(gòu)礦物學(xué)、礦物物理、礦物化學(xué)、礦物熱力學(xué)及成因礦物學(xué)等方面的基本理論得到了充實(shí)、擴(kuò)展，使礦物學(xué)這門古老的學(xué)科充滿了活力，并富有魅力。

礦物各論部分用列表方式提供了常見及重要礦物的全部礦物學(xué)數(shù)據(jù)。

本書圖件精確、美觀，特別是礦物晶體結(jié)構(gòu)的立體對(duì)圖尤為突出，你可在立體鏡下看到礦物晶體結(jié)構(gòu)的立體構(gòu)形，形象生動(dòng)。

本書是從事礦物學(xué)教學(xué)的師生的重要參考教材。研究人員參考之亦必受益非淺。

（一）礦物組成

為便于研究黏土的礦物組成，根據(jù)其性質(zhì)和數(shù)量可分成兩大類，即黏土礦物和雜質(zhì)礦物。

黏土礦物的種類和性質(zhì)已如前所述，主要為高嶺石類、蒙脫石類和伊利石類，以及較少見的水鋁英石等。

除此之外，在黏土形成過程中，常由于巖石風(fēng)化未完全，或由于其它因素而混入一些非黏土礦物和有機(jī)物質(zhì)，這些物質(zhì)我們統(tǒng)稱為雜質(zhì)礦物。雜質(zhì)礦物通常以細(xì)小晶粒極其集合體分散于黏土中，常會(huì)影響甚至決定黏土的工藝性能。

雜質(zhì)礦物的類別及其影響：

1）石英和母巖殘?jiān)?。這些雜質(zhì)一般以較粗顆?；煸陴ね林?，對(duì)黏土的可塑性和干燥后強(qiáng)度產(chǎn)生很大影響。工廠多采用淘洗法除去粗顆粒雜質(zhì)。

2）碳酸鹽及硫酸鹽類。細(xì)顆粒的碳酸鹽分布在黏土中對(duì)其影響不大，碳酸鹽在高溫下可分解出CaO、MgO，起熔劑作用，能降低陶瓷的燒成溫度。較多的硫酸鹽在氧化氣氛中容易引起坯泡。

3）鐵和鈦的化合物。這類雜質(zhì)礦物能使坯體呈色，降低黏土的耐火度，也會(huì)嚴(yán)重影響制品的介電性能、化學(xué)穩(wěn)定性等。

4）有機(jī)雜質(zhì)。黏土中存在少量的有機(jī)雜質(zhì)，可以增加黏土的可塑性和泥漿的流動(dòng)性，但有機(jī)物質(zhì)過多時(shí)也可能會(huì)造成瓷器表面起泡與針孔。

（二）化學(xué)組成

由于黏土中的主要黏土礦物都是含水的鋁硅酸鹽。此外，還有少量的堿金屬氧化物以及堿土金屬氧化物等。

一般黏土原料的化學(xué)分析如包括以上九個(gè)項(xiàng)目，即已滿足生產(chǎn)上的參考需要。

（三）顆粒組成

是指黏土中含有不同大小顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

為什么黏土中的細(xì)顆粒愈多愈好？由于細(xì)顆粒的比表面積大，其表面能也大，因此黏土中的細(xì)顆粒愈多時(shí)，則其可塑性愈強(qiáng)，干燥收縮大，干后強(qiáng)度高，在燒成時(shí)也易于燒結(jié)，燒后的氣孔率也小，有利于成品的力學(xué)強(qiáng)度、白度和半透明度的提高。

此外，黏土的顆粒形狀和結(jié)晶程度也會(huì)影響其工藝性質(zhì)。片狀結(jié)構(gòu)比桿狀結(jié)構(gòu)的顆粒堆積致密，塑性大、強(qiáng)度高；結(jié)晶程度差的顆?？伤苄砸泊?。

測(cè)定黏土原料顆粒大小的方法很多，有用顯微鏡、水簸法、渾濁計(jì)法、吸附法等。最簡(jiǎn)單和最普通的方法是篩分析（0.06mm以上）與沉降法（1~50um）。

黏土的化學(xué)組成、礦物組成和顆粒組成決定著黏土的工藝性能：

黏土壤土可塑性

黏土與適量的水混合后形成泥團(tuán)，在外力的作用下，泥團(tuán)發(fā)生變形但不開裂，外力散去后，仍能保持原有形狀不變，黏土的這種性質(zhì)稱為可塑性。

黏土壤土結(jié)合性

黏土的結(jié)合性是指黏土結(jié)合非塑性原料而形成良好的可塑泥團(tuán)并且有一定的干燥強(qiáng)度的能力。黏土的結(jié)合性對(duì)于半成口的干燥、修坯和上釉存在著重要的影響。黏土垢結(jié)合性由其結(jié)合瘠性料的結(jié)合力的大小所決定的，而結(jié)合力的大小又和黏土礦物的種類、結(jié)構(gòu)等因素相關(guān)。一般來講，可塑性強(qiáng)的黏土，其結(jié)合力也大。

黏土壤土觸變性

黏土泥漿或可塑泥團(tuán)受到振動(dòng)或攪拌時(shí)，黏度會(huì)降低，而其流動(dòng)性則會(huì)增加，靜止后逐漸恢復(fù)原狀。此外，泥漿放置一段時(shí)間后，在保持原水分不變的條件下也會(huì)出現(xiàn)變稠和固化的現(xiàn)象。黏土的這種性質(zhì)稱為觸變性。

黏土壤土收縮

黏土泥料在一定溫度下干燥時(shí)，由于顆粒間水分的排出，顆粒之間相互靠攏以及顆粒間距縮短而引起的體積收縮，稱為干燥收縮。干燥后的黏土泥料經(jīng)過高溫煅燒時(shí)，由于發(fā)生諸如脫水作用、分解作用、莫來石的生成、石英的晶型轉(zhuǎn)化、易熔雜質(zhì)的轉(zhuǎn)化以及各類熔融物填充質(zhì)點(diǎn)間空隙等一系列物理化學(xué)變化，使得黏土泥料進(jìn)一步收縮，稱為燒成收縮。成型黏土樣品經(jīng)過干燥和煅燒后的尺寸總變化稱為總收縮。

黏土壤土燒結(jié)

黏土是由多種礦物混合而成的，沒有固定的熔點(diǎn)，而是在一定的溫度范圍內(nèi)逐漸軟化。

當(dāng)黏土在加熱煅燒的過程中，到達(dá)一定溫度（800℃~900℃）后，繼續(xù)升高溫度時(shí)，黏土中低共熔物質(zhì)開始熔化，液相出現(xiàn)并逐漸增加，填充在固體顆粒之間，由于液相表面張力的作用，使得未熔顆粒進(jìn)一步靠攏，引起體積急劇的收縮，氣孔率下降，密度提高，這種對(duì)應(yīng)體積開始急劇變化時(shí)的溫度稱為開始燒結(jié)溫度。

當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，收縮將不斷增大至最大值，氣孔率降至最小值，密度達(dá)到最大值，黏土完全燒結(jié)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度稱為燒結(jié)溫度。