粘土矿物1
粘土类矿物的概述
立志当早，存高远粘土类矿物的概述在可浮性分类中粘土类矿物属氧化物及硅酸盐、铝硅酸盐类矿物。
粘土一般指天然产出，以含水铝硅酸为主的土状集合体。
除含少量粗粒外，大部分粒度很细，直径数微米或1 微米以上，其矿物组成复杂。
本节的粘土（类）是指粒度极细、可浮性较差的各种极性硅（铝—硅）酸盐土状矿物原料，可以包括高岭土、耐火粘土、膨润土（蒙脱石土）、酸性白土和海泡石等。
其中几个代表矿物的组成如表1。
这些粘土类矿物原料，用途相当广泛。
可用作陶瓷和耐火材料的原料、纸张、橡胶、肥皂的充填剂、脱色剂、粘合剂、钻探泥浆、催化剂等等。
对这类矿物原料的技术加工和产品要求，因用途不同差别很大。
本节以研究较深入的高岭土为基础从浮选加工的角度，对极性粘土原料的浮选略加介绍。
高岭土原料的加工，可能包括下列过程:破碎—磨矿—浮选（磁选）—分级—漂白—浓密—过滤—干燥。
其中：浮选用于脱去锐钛矿（TiO2），磁选（强磁或高梯度磁选）用于除去氧化铁。
漂白用氯气、二氧化硫或硫氰化锌作漂白剂，目的是溶去铁锈等有色物质，增加产品白度（对某些粘土矿物，还要进行活化处理）。
其余过程的目的和原理与一般选矿过程相同。
表1 代表性的极性粘土矿物矿物化学式比重零电点其它高岭土埃洛石蒙脱石海泡石坡缕石Al2Si2O3(OH)4(Na,Ca)0.33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2H2OAl2Si2O3 (OH)4·nH2OMg3Si12O30 (OH)4·(OH2)4·8H2OMg3Si8O20 (OH)2·(OH2)4·4H2O2.6092-2.83.4 其主要成分为硅酸盐或铝硅酸盐的粘土矿物，表面电位多为3～4。
由于粒度小，比表面大，特别是海泡石等矿物晶体呈凹凸交替的长条形，有很大的离子交换容量，在浮选中有如下几个共同的特点：（1）药剂消耗量大（脂肪酸类用量可以高达2.5gk/t）（2）浮选浓度低，有较好的选择性。
粘土矿物1
岩石术语
粘土是粘土矿物的集合体， 粘土是粘土矿物的集合体，在沉积 岩石学中， 岩石学中，粘土指的是疏松的尚未固 结成岩的以粘土矿物为主的沉积物， 结成岩的以粘土矿物为主的沉积物， 经过成岩作用以后就变为“粘土岩” 经过成岩作用以后就变为“粘土岩”， 换句话说： 换句话说：把松散的具有可塑性的称 粘土” 为“粘土”，而把坚硬的无可塑性的 称为“粘土岩” 称为“粘土岩”。粘土岩或粘土中粘 土矿物含量高于50%。与粘土岩相近 土矿物含量高于 。 岩石术语还有泥岩、页岩、 岩石术语还有泥岩、页岩、板岩和泥 板岩。 板岩。
性质独特
粘土矿物是自然界颗粒最细小的一类矿物， 粘土矿物是自然界颗粒最细小的一类矿物，有 晶质和非晶质两类。晶质粘土矿物的基本结构属于 晶质和非晶质两类。 二维系，晶体呈层片状；粘土矿物在比表面、电荷、 二维系，晶体呈层片状；粘土矿物在比表面、电荷、 阳离子交换、吸附有机质、 阳离子交换、吸附有机质、水化膨胀及对环境的敏 感性等方面都具有突出的特性。 感性等方面都具有突出的特性。
10
2
前言[01]__概念 概念 前言
粘土和粘土岩 关于“粘土” 关于“粘土”术语含义 各学科理解不尽相同， 各学科理解不尽相同， 地质学家强调颗粒大小； 地质学家强调颗粒大小； 工程学家强调粘土的可 塑性； 塑性；而陶瓷学家则强 调粘土的烧结性。 调粘土的烧结性。一般 来说， 来说，地质科学中的粘 土具有两方面的含义， 土具有两方面的含义，
粒度术语
粘土指的是粒度分析中最细部分， 粘土指的是粒度分析中最细部分， 也即粘土级部分。 也即粘土级部分。粘土级上限一般采 用2 µm，也常有采用 ，也常有采用5µm或4 µm者， 或 者 甚至也有1 甚至也有 µm或10 µm者。各学科不 或 者 尽一致。 尽一致。
第一章 油田化学——粘土矿物
☞蒙脱石由于晶格取代作用产生的负电荷由K+来平衡，由于
蒙脱石取代位置主要在Si-O四面体中，产生的负电荷离晶层 表面近，故与K+产生很强的静电力， K+不易交换下来。
☞ K+的大小刚好嵌入相邻晶层间的氧原子网格形成的空穴
中，起到连接作用，周围有12个氧与它配伍，因此， K+连
吸附性越强交换能力越大，通常离子的交换能力由弱到强 的排列顺序为 Li+<Na+<K+(NH4+)<Mg2+<Ca2+<Ba2+<Al3+<Fe3+<H+ c. 离子浓度 离子浓度越大交换能力越强
粘土矿物的性质
四、 粘土的凝聚性
（1）概念：粘土矿物（颗粒）在水分散体系状态下， 通过不同的联结方式产生絮凝或聚结（集）的现象。 粘土颗粒的联结：絮凝和聚结（集）
②作用机理：浓差扩散。
粘土矿物的性质
1、 吸附：物质在两相界面上自动浓集(界面浓度大于内部 浓 度）的现象。 吸附质：被吸附的物质（钻井液处理剂） 吸附剂：吸附吸附质的物质（粘土） 2、分类 （1）物理吸附：范德华引力引起，一般无选择性， 吸附热较 小，容易脱附。例：阴离子和非离子处理剂在粘土上的吸附。 （2）化学吸附：化学键力引起，具有选择性，吸附热较大， 不易脱附。例：阳离子处理剂在粘土上的吸附。
构的）和非晶质，自然界中所见到的粘土矿物绝大多
粘 土
数是晶质的。 （2）粘土：疏松的尚未固结成岩的以粘土矿物为 主的（≥50%）沉积物。 （3）粘土岩（俗称：泥页岩）：粘土矿物经沉积、
1粘土矿物的结晶结构及基本特征
3粘土矿物的结晶结构及基本特征3.1粘土矿物概念、类型及其结构化学特征粘土的本质是粘土矿物。
粘土矿物是细分散的含水的层状硅酸盐和含水的非晶质硅酸盐矿物的总称。
晶质含水层状硅酸盐矿物有高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石等: 含水非晶质硅酸盐矿物有水铝英石、胶硅铁石等。
粘土矿物决定了整个粘土类或岩石的性质，它是最活泼的组分。
粘土矿物的晶体结构主要是由两个最基本结构单元组成，即硅氧四面体和铝氧八面体，并沿X轴方向发展。
四面体的中心是四价的硅Si4+，而四个二价的氧O2－分布于四面体的四个顶角，四面体的四个面均为等边三角形(如图3.1- (a))，有时四面体中的氧原子为氢氧原子所代替，四面体的底面落在同一平面上，以三个尖顶彼此连结，第四个尖顶均指向同一个方向，在平面上组成六角形网格状结构或链状结构(如图3.1- (b))，成为四面体层(片)。
八面体由六个氧或氢氧原子以等距排列而成，A13+(或Mg2＋)居于中心(如图3.2- ( a ))，八面体亦排列成层状态结构，成为八面体层(片)(如图3.2- (b))。
由于单位晶格的大小相近似，四面体层与八面体层很容易沿C轴叠合而成为统一的结构层，此结构层称为结构单位层，简称晶层，几个结构层组成晶胞。
四面体层与八面体层的不同组合堆叠重复，便构成了各种粘土矿物的不同层状结构。
由一个四面体层与一个八面体层重复堆叠的称为1:1型结构单位层(如高岭石等)，也称为二层型; 由两个四面体层间夹一个八面体层重复堆叠的称为2:1型结构单位层(如蒙脱石、伊利石等)，也称为三层型;在层状结构中，四面体层与八面体层间共用一个氧原子层，故四面体层与八面体层间的键力大，联结较强，但在1:1型或2:1型结构单位层间并不共用氧原子层，层间的联结较弱。
在高岭石类粘土矿物中，结构单位层间为O与HO(或OH与OH)相邻(如图3.3 )，堆叠时，在相邻两晶层之间，除了范德华(Van der waals)力增扩的静电能外，主要为表层(羟)基及氧原子之间的氢键力，将相邻两晶层紧密地结合起来，使水不易进入晶层之间。
三种主要黏土矿物(高岭石、水云母、蒙脱石)的性质。
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。
黏土矿物形状
黏土矿物形状
黏土矿物是一种常见的矿石，具有多种形状和结构。
它们通常是由细小的颗粒组成的，这些颗粒可以互相黏合在一起形成块状或颗粒状的结构。
在自然界中，黏土矿物可以以不同的形状存在。
有些黏土矿物呈片状，如膨润土。
膨润土是一种吸水性很强的黏土矿物，在水中会膨胀成片状结构。
这种片状结构使得膨润土可以吸附和储存大量的水分，使其成为土壤改良和涂料工业中重要的原料。
另一种常见的黏土矿物形状是颗粒状。
黏土矿物的颗粒可以是微小的粉末状，也可以是较大的颗粒状。
这些颗粒状的黏土矿物通常具有良好的吸附性能，可以吸附并储存有机物和无机物。
除了片状和颗粒状之外，黏土矿物还可以形成纤维状结构。
这种纤维状结构通常是由微细的纤维组成的，这些纤维可以互相交织在一起形成稳定的结构。
纤维状的黏土矿物常用于制造纺织品和过滤材料，因为它们具有良好的强度和过滤性能。
总的来说，黏土矿物具有多种形状和结构，这些形状和结构决定了它们的性质和用途。
通过对黏土矿物形状的研究和了解，我们可以更好地利用它们的特性，满足人类的需求。
无论是片状的膨润土，颗粒状的吸附剂，还是纤维状的过滤材料，黏土矿物都在各个领域发挥着重要的作用。
这些矿物的形状和结构不仅为我们提供了丰富
的资源，也为人类创造了更好的生活环境。
第二章粘土矿物和粘土胶体化学基础
Li+<Na+<K+(NH4+)<Mg2+<Ca2+<Ba2+<Al3+<Fe3+<H+
c. 离子浓度 离子浓度越大交换能力越强
四、粘土的凝聚性
（1）概念：粘土矿物（颗粒）在水分散体系状态下，通 过不同的联结方式产生絮凝或聚结（集）的现象。
膨胀性是衡量粘土亲水性的指标，亲水性越强，吸水量越 大，水化膨胀越厉害。 二、水化膨胀机理
各种粘土都会吸水膨胀，只是不同的粘土矿物水化膨胀的 程度不同而已。粘 土水化膨胀受三种力制约：表面水化 力、渗透水化力和毛细管作用。
二、 粘土的水化膨胀性
(1)表面水化 ①定义：由粘土晶体表面直接吸附水分子和通过所吸附的 可交换性阳离子间接吸附水分子而导致的水化。 ②表面水化机理 直接水化：粘土表面上的H+和OH-通过氢键吸附水分子 间接水化：通过所吸附的可交换性阳离子间接吸附水分子 (2) 渗透水化
D、CEC 大介于高岭石与蒙脱石之间（200-400mmol/kg)
☞蒙脱石由于晶格取代作用产生的负电荷由K+来平衡，由于 蒙脱石取代位置主要在Si-O四面体中，产生的负电荷离晶层 表面近，故与K+产生很强的静电力， K+不易交换下来。
☞ K+的大小刚好嵌入相邻晶层间的氧原子网格形成的空穴 中，起到连接作用，周围有12个氧与它配伍，因此， K+连 接通常非常牢固，不易交换下来。
2 粘土矿物带电量
CEC：pH值等于7的水溶液中1kg粘土中可被交换 出来的阳离子电荷总数。
土壤粘土矿物名词解释
土壤粘土矿物名词解释一、引言土壤粘土矿物是土壤中非常重要的组成部分，它们在土壤形成、土壤肥力、土壤质地和土壤环境等方面发挥着重要作用。
本文将对土壤粘土矿物的定义、分类、成因与分布以及与土壤性质的关系进行详细阐述，以期对这一领域有更深入的理解。
二、土壤粘土矿物的定义土壤粘土矿物是指土壤中那些晶体结构细小、粒径通常在0.005-0.01微米之间、并以结晶或无定形态存在的粘土矿物。
它们是由多种含水铝硅酸盐构成的矿物族，这些矿物可以独立存在，也可以相互之间或者与其它矿物形成复杂的共生关系。
三、土壤粘土矿物的分类根据晶体结构和化学成分，土壤粘土矿物可以分为两大类：一类是含水铝硅酸盐矿物，包括高岭石类、蒙脱石类和水云母类；另一类是含水镁硅酸盐矿物，包括蛭石和绿泥石。
这些矿物在土壤中广泛分布，对土壤的理化性质和肥力状况产生重要影响。
四、土壤粘土矿物的成因与分布土壤粘土矿物的形成是一个非常复杂的过程，涉及到多种地质作用和化学反应。
在成土过程中，原生矿物经过风化作用和成土作用逐渐分解，形成了各种粘土矿物。
这些粘土矿物在土壤中的分布状况取决于气候、地形、母质等多种因素。
同时，人类活动也对土壤粘土矿物的分布和组成产生影响，例如耕作、施肥和灌溉等农业措施。
五、土壤粘土矿物与土壤性质的关系土壤粘土矿物对土壤的性质和肥力状况产生重要影响。
首先，粘土矿物可以影响土壤的物理性质，如土壤质地、保水能力和通气性等。
例如，高岭石类矿物具有较高的阳离子交换能力，可以吸附更多的营养元素，从而提高土壤的肥力水平。
其次，粘土矿物可以影响土壤的化学性质，如酸碱反应和阳离子交换等。
例如，蒙脱石类矿物具有较高的阳离子交换能力，可以影响土壤中阳离子的移动和吸附，进而影响土壤的酸碱反应。
此外，不同种类的粘土矿物对土壤的肥力状况和生产能力也会产生不同的影响。
例如，水云母类矿物能够促进作物根系的发育和养分吸收，而蛭石则具有较强的保温能力，有助于提高作物的抗寒能力。
粘土矿物分类
黏土矿物及项目结构单元类型层间物层间电荷族亚族晶质1:1Si4O10(OH)8无或有水分子x~0高岭石(二八）-蛇纹石（三八）didi-tritri2:1Si4O10(OH)2无x~0叶蜡石-滑石ditri阳离子或水化离子0.2<x<0.6蒙皂石didi-tritri0.6<x<0.9蛭石ditri0.6<x<1伊利石dix~1云母didi-tritrix~2脆云母ditri 2:1:1Si4O10(OH)2氢氧化物层x不定绿泥石didi-tritri 2:1层链状水化阳离子x~0.1纤维棒石di-tritri 2:1规则间层可变x不定规则间层ditri 非晶质矿物及有关层状硅酸盐矿物分类粘土矿物种高岭石、地开石、珍珠陶石、变埃洛石（7Å）、埃洛石（10Å）镁绿泥石、正鲕绿泥石、绿锥石、凯利石（斜）纤蛇纹石、镁铝蛇纹石、叶蛇纹石、斜叶蛇纹石、镍蛇纹石、鳞（利）蛇纹石叶蜡石、铁叶蜡石滑石、镍滑石、砸蛇纹镁皂石蒙脱石、贝得石、绿脱石、铬绿脱石斯温福石皂石、锌皂石、锂皂石、斯皂石、锂蒙脱石二八面体蛭石（黏粒蛭石）三八面体蛭石伊利石、钠伊利石白云母、钠云母、钒云母、多硅白云母、铬云母锂云母、铁锂云母、锂铍云母金云母、黑云母、镁黑云母、铁云母（三八面体）珍珠云母绿脆云母、黄绿脆云母顿绿泥石、硼锂绿泥石须藤绿泥石、锂绿泥石叶绿泥石、斜绿泥石 、鲕绿泥石凹凸棒石、坡缕石、绿紼帖石、锰坡缕石海泡石、镍海泡石累托石、托苏石柯绿泥石、滑间皂石、水黑云母、绿泥间滑石水铝英石、硅铁石、伊毛缟石、硅锰矿。
粘土矿物分析
粘土矿物分析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层位蒙皂石 S 韭菜园子组烧房沟组烧房沟组范围平均值范围平均值范围平均值 63～98 87.8 69～97 92.3 76～86 81.1 伊蒙混层 I/S 20～99 72.76 29～94 66.28 24～73 45.9 粘土矿物含量(%) 伊利石 I 2～16 6.24 1～10 3.99 2～22 8.88 高岭石 K 1～12 5.74 1～58 7.7 3～49 20.4 绿泥石 C 1～55 9.33 1～28 3.6 3～1810.3 绿蒙混层 C/S 33～53 44.2 29～98 29～99 17 106 29 样品数根据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）。
粘土矿物
主要粘粒矿物的形成环境影响粘粒矿物形成的环境因素主要有：酸度、盐基物质、有关离子的浓度、湿度等。
例如高岭石的形成条件是高温多湿与少盐基、强酸性等，则必然以分布在华南的红壤地带为主，但它在北方的古红土母质中也会出现，那是古气候影响的残迹；又如蒙脱石的形成条件是碱性与高镁等，则必然以出现在北方土壤中为主，但它在热带的燥红土中也有，则表明燥红土有特殊的干燥气候与酸度偏碱的成土环境；再如赤铁矿与三水铝石等氧化物矿物都属于风化阶段的最后产物，一般来说，他们应分布在以红壤与砖红壤地带为主，如果不是，则表明另有特殊的局部成土环境。
——陆景岗《土壤地质学》（1997）粘土矿物自然色无色——高岭石矿物、蒙脱石、绢云母绿色——绿泥石、蛇纹石、铁蒙脱石、滑石、黑高岭土褐色——铁蒙脱石、黑铁高岭土、黑硬绿泥石黄色——囊脱石蓝绿色——海绿石、绿鳞石PS:采集时为绿色，在空气中放置后变成褐色粘土矿物为多铁的蒙脱石或多铁的蛇纹石，可能是由于亚铁被氧化。
——须腾俊男《粘土矿物》（1959）粘土矿物在石油地质中地应用（A）粘土矿物判断古环境：1、代表干旱气候的矿物组合类型粘土矿物对周围环境很敏感，干旱的古气候通过具有较高盐度和某些离子的水介质而影响粘土矿物组合类型。
根据粘土矿物组合类型研究古气候效果较好。
(1)以伊利石含量占优势的伊利石+绿泥石矿物组合和伊利石+伊／蒙有序间层+绿泥石矿物组合，一般代表干旱古气候和富含K+离子的盐湖水介质。
(2)伊利石+绿／蒙间层(包括柯绿泥石)+绿泥石矿物组合，则往往代表干旱-半干旱古气候和富Fe2+、Mg2+离子中等盐度且偏碱性的水介质。
(3)伊利石+蒙皂石(或伊／蒙无序问层)+坡缕石+绿泥石矿物组合，则代表干旱-半干旱古气候和碱性(pH值为8～9)且富Mg2+离子的水介质。
(4)伊利石+伊／蒙无序间层+绿泥石矿物组合，往往处于(1)与(3)之间的古气候和古水介质。
以上几种组合的共同特点是不含高岭石。
粘土矿物——精选推荐
1、高岭石定义“高岭土(Kaolin)”一词源自中国，由江西景德镇(古浮梁县)东北的高岭村出产的一种可以制瓷的白色粘土而得名。
清康熙年间的约1712—1722年，法国神甫殷弘绪(Le Pere d’Entrecolles)从饶州向本国写信介绍景德镇的制瓷和高岭土使用情况，1769年德人李希霍芬(Riehthofen)访问景德镇，并著文将高岭土音译成“Kauling”，后以“Kaolin”流传于欧美。
古代的“玉岭土”、。
明砂土。
、“东埠土。
等均指产于高岭村一带的高岭土。
高岭土还有下列许多地区性的、商业的和工业的名称。
(1)瓷土和瓷石(china ciay and!chin／stone)是陶瓷业使用的术语，也是一种商业名称。
早先系指由石英斑岩等细粒脉岩风化而成的高岭土，风化带上部呈土状产出者称瓷土，半风化带呈较为坚硬的块状者称瓷石。
瓷土和瓷石二者没有截然界线。
现在，也有将供制瓷用的绢(水)云母一石英质矿石称瓷石者。
1982年制定的“江西省轻工业厅企业标准。
中，把高岭土和瓷石原矿加工后用于制陶瓷的不子、泥料和粉料统统定义为瓷土。
(2)耐火粘土(refractory ciay) 是冶金业使用的术语，也是一种商业名称，指耐火度大于1580℃的粘土。
它主要包括高岭土，但也包括部分非高岭土质的铝钒土等。
它们按成型时掺砂量的多少被划分为软质(掺砂量>50％)、半软质(掺砂量20—50％)、硬质(不成型)耐火粘土三种。
(3)陶土是陶瓷业使用的术语，指一些富含铁质而带黄褐、红紫等色调，具良好可塑性，可用以烧制陶瓷的粘土。
矿物成分较杂，以高岭石为最主要。
(4)球土(ball clay) 此术语源于英国，指一种沉积成因的，含有机质的细粒高可塑性粘土，主要由高岭石组成。
相传，最早开采时为便于运输把粘土滚成球形，因而得名。
属软质粘土类。
(5)燧石粘土(flint clay) 该术语于1886年由库克(Cook)命名，流行于西方。
三种主要黏土矿物的性质。
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011离子组（水铝片上的），另一面是0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0 H 0 H 0 H ......................... 0 H顶层------------------------------底层-----------------------------0 0 0 0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。
但水铝片上的一0H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0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A13+代Si4+,有时可在硅铝片中，一般以Mg2+代A13+-带负电一吸附负离子。
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：8、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。
黏土矿物组成
黏土矿物组成
黏土矿物是指那些具有黏土性质的矿物，主要由硅酸盐矿物组成。
常见的黏土矿物有：
1. 伊利石：由硅酸钠、铝酸镁、水合硅酸钠等矿物组成，是常见的黏土矿物之一。
2. 蒙脱石：由硅酸镁、水合硅酸钠等矿物组成，具有很高的吸附能力，常用于活性土、吸附剂等领域。
3. 膨润土：由硅酸铝、镁酸铝等矿物组成，具有较强的吸附能力和膨胀性质。
4. 绿泥石：由硅酸镁、硅酸铁等矿物组成，常见于绿色粘土中。
5. 凹凸棒石：由硅酸镁、硅酸铁等矿物组成，是一种典型的黏土矿物。
黏土矿物在地球上广泛分布，常见于沉积岩和火山岩中，其主要成分是硅酸盐矿物，具有较强的吸附能力和可塑性，可用于制作陶器、建筑材料等。
1粘土矿物的结晶结构及基本特征
3粘土矿物的结晶结构及基本特征3.1粘土矿物概念、类型及其结构化学特征粘土的本质是粘土矿物。
粘土矿物是细分散的含水的层状硅酸盐和含水的非晶质硅酸盐矿物的总称。
晶质含水层状硅酸盐矿物有高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石等：含水非晶质硅酸盐矿物有水铝英石、胶硅铁石等。
粘土矿物决定了整个粘土类或岩石的性质，它是最活泼的组分。
粘土矿物的晶体结构主要是由两个最基本结构单元组成，即硅氧四面体和铝氧八面体，并沿X轴方向发展。
四面体的中心是四价的硅Si4+，而四个二价的氧O2「分布于四面体的四个顶角，四面体的四个面均为等边三角形（如图3.1- （a）），有时四面体中的氧原子为氢氧原子所代替，四面体的底面落在同一平面上，以三个尖顶彼此连结，第四个尖顶均指向同一个方向，在平面上组成六角形网格状结构或链状结构（如图3.1- （b）），成为四面体层（片）。
八面体由六个氧或氢氧原子以等距排列而成，A1 3+（或Mg"）居于中心（如图3.2- （ a ）），八面体亦排列成层状态结构，成为八面体层（片）（如图3.2- （b））。
由于单位晶格的大小相近似，四面体层与八面体层很容易沿C轴叠合而成为统一的结构层，此结构层称为结构单位层，简称晶层，几个结构层组成晶胞。
四面体层与八面体层的不同组合堆叠重复，便构成了各种粘土矿物的不同层状结构。
由一个四面体层与一个八面体层重复（Van der waals）力，层间联结极弱，易于拆开。
蒙脱石既有外表阳13 髙石厂，.堆叠的称为1:1型结构单位层（如高岭石等），也称为Q C/f\ Q二层型；由两个四面体层间夹一个八面体层重复堆叠的称为2:1型结构单位层（如蒙脱石、伊利石等），也称为三层型；在层状结构中，四面体层与八面体层间共用一个氧原子层，故四面体层与八面体层间的键力大，联结较强，但在1:1型或2:1型结构单位层间并不共用氧原子层，层间的联结较弱。
在高岭石类粘土矿物中，结构单位层间为0与H0（或0H与0H）相邻（如图3.3 ）,堆叠时，在相邻两晶层之间，除了范德华（Van der waals）力增扩的静电能外，主要为表层（羟）基及氧原子之间的氢键力，将相邻两晶层紧密地结合起来，使水不易进入晶层之间。
1粘土矿物
• 粘土在钻井工艺中起着极其重要的作用，粘土的种 类和数量直接影响钻井液的性能、井眼的稳定性以 及油气层的保护。
• 粘土主要由粘土矿物（含水的硅铝酸盐）组成，呈 颗粒状，其颗粒大多数小于2μm。它在水中具有水 化性、分散性、带电性、离子交换性。这些性能对 于处理与配制钻井液都具有重要作用，是主要的配 浆用原料。
粘土带负电荷
Al-O八面体： Mg2+、Fe2+取代Al3+
二、粘土的性质 （一）粘土的带电性 粘土颗粒通常带有负电荷。 粘土带负电是它具有一系列电化学性质的根本原因。
1、永久性（负）电荷
永久性电荷是由于粘土在自然界形成时发生晶格取代作用 产生的 ，如四价硅被三价铝取代如伊利石等；三价铝为Fe2+、 Mg2+取代如蒙脱石。晶格取代是粘土带电荷的主要来源。 特点：电荷量不受pH值、介质的影响！
•如果交换离子是Ca2+，则晶层间的静电吸引力大于晶层间 斥力，只能发生晶格膨胀，只能形成粗分散体系。
•如果是Na+则晶层间的静电吸引力小于晶层间斥力，形成水 化分散好的细分散体系。
蒙脱石水化膨胀过程
（六）粘土-水分散体系的稳定性
1、粘土颗粒表面的双电层结构 扩散双电层特点是粘土表面紧 密吸附着部分阳离子及其部分 水分子，构成了吸附溶剂化层。
3、可变性（端面 ）正电荷 • 当粘土介质的pH值小于9时，粘土晶体端面上带正电荷， 这是因为裸露在边缘上的铝氧八面体在酸性条件下从介质 中解离出OH-: ＞Al-OH→＞Al++OH-（两性偏碱性）
粘土表面-OH的两性表现
4、净电荷数
粘土的正电荷与负电荷的代数和称为粘土晶体颗粒的净电 荷数。粘土的负电荷数一般多于正电荷，所以粘土颗粒总起来 讲是带负电荷。
粘土和膨润土比较解读
能比较
⑤普通粘土和膨润土性能比较
（1）高岭石类粘土矿物
1）晶体结构特点
图1-4 高岭石晶层结构示意图
①单位晶层由一层硅氧四面体和一层铝氧、氢氧八面体构成 ②四面体的顶端都指向八面体层，并与八面体共用）性能特点
①相邻单位晶层的结合比较牢固，晶体比较粗大，比表面积较小 ②水仅能进入晶层间被吸附在晶体边缘，吸水膨胀性小，粘结性较差
（2）蒙脱石类粘土矿物 1）晶体结构特点
图1-5 蒙脱石单位晶层结构示意图
①单位晶层由两层硅氧四面体中间夹着一层铝氧、氢氧八面体构成 ②两层四面体的顶端都指向八面体层且与八面体共用顶端的氧原子 ③单位晶层沿一个方向一层层重叠，在另外两个方向无限展开 2）性能特点 ①晶层之间结合力较弱，蒙脱石的晶粒细小，比表面积大； ②水能进入晶层间及晶体表面，吸水膨胀较大，粘结性好。
煤中的矿物质一(黏土矿物和碳酸盐矿物)
粘土矿物占60％～80％，两种形式出现，一为结晶状态，如高岭石；二为非结晶的微粒体。
最常见的为高岭石、伊利石、蒙脱石和绿泥石。
粘土矿物作为煤中主要矿物质之一, 其矿物特征与煤变质关系密切, 扫描电子显微镜观察结果表明, 低变质煤中粘土矿物标型形态差, 常见的为泥质颗粒集合体或隐晶质物质。
随着煤级的升高, 粘土矿物单矿物形态趋于明显, 矿物种类也随之转变。
高变质无烟煤中后生自形晶粘土矿物多见。
粘土矿物不仅在时间上和空间上与煤有不可分割的成生联系，而且在物性方面(如热导率、渗透率、孔隙度等)也有较多相近之处.二者都是低温低压敏感物质,转变不可逆。
高岭石：高岭石是含氧盐大类硅酸盐类层状硅酸盐亚类矿物。
单晶相互叠置呈书页状或蠕虫状聚合体，一般呈土状，白色，有时带浅褐色、浅红色，在酸性淡水条件下比较稳定。
搬运沉积或风化而成。
高岭石的形成主要受地球化学条件的控制,而且在温度增加时即转变为伊利石。
在缺少碱金属和碱土金属的酸性介质中，由火成岩和变质岩中的长石或其他硅酸盐矿物经风化作用形成。
高岭石的晶体化学式为2SiO2·Al2O3·2H2O，其理论化学组成为46.54%的SiO2，39.5%的Al2O3，13.96%的H2O。
物理性质: 纯者白色，因含杂质可染成深浅不同的色调，本样品为白色。
土状光泽，硬度2~3.5。
比重2.61~2.68；可吸水具可塑性，但不膨胀。
结构特点:三斜晶系。
高岭石的结构单元层为1:1型，八面体片为二八面体型，有三分之一的八面体晶位是空缺的，层间无阳离子。
伊利石：含K2O3％～7％，呈鳞片状、土状或块状，白色、灰白色，有时也为浅黄或浅绿色；中、碱性环境中比较稳定，多为碎屑成因。
伊利石的形成除了必要的地球化学条件外, 与温度关系密切,探讨粘土矿物与煤变质关系, 重点应考虑伊利石的矿物学特征。
煤系地层中伊利石的成因大致有三种, 一是从物源区搬运来的原生沉积伊利石, 二是蒙脱石因钾离子富集而转变成伊利石, 三是由高岭石在碱性条件下于早期成岩作用阶段转变而成。
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（2）非膨胀性
在伊利石晶层之间 吸附有钾离子。它受到 相邻两晶层负电荷的吸 附，因而对相邻两晶层 产生了很强的键联效果， 连接力很强，使晶层不 易膨胀。
（3）电荷数量较大
同晶替代较普遍， 主要发生在硅片中， 但部分电荷被K＋离子 所中和，阳离子交换 量介于高岭石与蒙脱 石之间。
（4）胶体特性
3、水化云母组
又叫2：1型非 膨胀性矿物或伊利 组矿物。
水化云母组具有以下特征：
（1）2：1型晶层结构
晶层结构与蒙脱石相似， 同样是由两层硅片夹一层 铝片组成，硅片和铝片的 比例为2：1，故又称2：1 型非膨胀性矿物。
伊利石是其代表。分子 式为： K2（Al·Fe·Mg）4 （SiAl）8O20（OH） 4·nH2O。
晶层类型
两种晶片的配合比例不 同，而构成： 1：1型晶层 2：1型晶层 2：1：1型晶层
（1）1：1型单位晶层
由一个硅片和一个铝片构成。 硅片顶端的活性氧与铝片底层 的活性氧通过共用的方式形成单位 晶层。这样1：1型层状铝硅酸盐的 单位晶层有两个不同的层面，一个 是由具有六角形空穴的氧原子层面， 一个是由氢氧构成的层面。
2、单位晶片
从化学上来看，四面体 为 （ SiO4）4－， 八 面 体 为 （AlO6）9－，它们都不是化 合物，在它们形成硅酸盐粘 土矿物之前，四面体和八面 体分别各自聚合。
（1）四面体片（简称硅片）
在水平方向上四面体通过共 用底部氧的方式在平面两维方向上 无限延伸，排列成近似六边形蜂窝 状的四面体片（简称硅片）。
粘土矿物的分类
粘土矿物根据结晶学特征分 为三类：
一、层状硅酸盐粘土矿物， 二、纤维状硅酸盐粘土矿物， 三、非硅酸盐粘土矿物（非 晶质粘土矿物）。
一、层状硅酸盐粘土矿物
（1）层状硅酸盐粘土矿物从外部形态 上看，是一些极细微的结晶颗粒。
（2）从内部结构看，是由两种基本结构 单位所构成，并都含有结晶水，只是化学 成分和水化程度不同而已。
1、高岭组
又叫1：1型矿物， 是硅酸盐粘土矿物中结 构最简单的一类。
包括高岭石、珍珠 陶土、迪恺石和埃洛石 等。
高岭组的特点：
（1）1：1型的晶层结构
晶层由一层硅片和一层铝片 重叠而成，硅片和铝片的比例为 1：1，故又称1：1型矿物。
高岭石是土壤中最常见的一 种1：1型硅酸盐粘土矿物。
单位晶胞的分子式可表示为 Al4Si10（OH）8
一是晶体外表面的断键， 二是晶体边面OH基在碱性及 中性条件下的离解。
（4）胶体特性较弱
虽然矿物颗粒大小在胶体 范围，但颗粒较其它的硅酸盐 粘土矿物粗。其外形大部分为 片状，有效直径为0.2～2μm。
颗粒的总表面积相对较小。 可塑性、粘结性、粘着性 和吸湿性都较弱
2、蒙蛭组
又叫2：1型膨胀 性矿物，包括蒙脱 石、绿脱石、拜来 石、蛭石等。
蒙蛭组具有以下特征：
（1）2：1型的晶层结构
晶层由二层硅片夹一层 铝片构成，硅片和铝片的比 例为2：1，故又称2：1型膨 胀性矿物。
单位晶胞的分子式为： Al4Si8O20（OH）4·nH2O。
（2）胀缩性大
该组矿物晶层的顶层和底层两 个基面都有Si－O面所构成，所以当 两个晶层相互重叠时，晶层相互间只 能形成很小的分子引力。晶层间的结 合力很弱，故晶层的间距因水分的进 入而扩张，因失水而收缩，蒙脱石晶 层间距变化在0.96～2.14nm之间，具 有很大的膨胀性。
（2）2：1型单位晶层
由两个硅片夹一个铝片构 成。
两个硅片顶端的氧都向着 铝片，铝片上下两层氧分别 与硅片通过共用顶端氧的方 式形成单位晶层。这样2：1 型层状硅酸盐的单位晶层的 两个层面都是氧原子面。
（3）2：1：1型单位晶层
在2：1单位晶层的基 础上多了1个八面体片水 镁片或水铝片，这样2： 1：1型单位晶层由两个 硅片、1个铝片和1个镁 片（或铝片）构成。
式中OH2是结晶水，H2O是沸 石水。
（2）海泡石的结构
与坡缕石有一些微细的
差别。现在通用两种：
Mg2Si3O6（OH）4
和
Mg4Si6O15（OH）2•6H2O
（3）性质
① 纤维状粘土矿物坡缕石和海 泡石分别由硅氧四面体双链和三 链组成，其中Si：O＝4：11。
② 当加温至850℃的过程中， 水分子被逐渐排挤出去，最终导 致结构的破坏。
（2）同晶替代较普遍
硅片、铝片和水镁片 中都存在程度不同的同晶 替代现象，除含有Mg、Al、 Fe等离子外，有时也含有 Cr、Mn、Ni、Cu 和 Li 等 离子。因而绿泥石元素组 成变化较大。
绿泥石的分子式 为： （ Fe·Mg ·Al）12 （SiAl）8O20（OH）
。
16
（3）胶体特性
粘土矿物及其鉴定方法
第一节 粘土矿物的 结构和性质
第二节 粘土矿物鉴 定的主要方法简介
为什么要研究粘土矿物？
粘土矿物学的应用领域
什么是粘土矿物？
粘土矿物是化学风化作 用的主要产物，是大多数沉 积岩（沉积物）中的重要组 粘土矿物的一般特征是晶粒 较小，颗粒直径通常小于 2μm
Pyrophyllite（叶蜡石）
② 离子的电性
替代和被替代离子的电性必须 相同，电价可以同价或不等价。
如果替代的两个离子是同价的， 互换的结果不仅晶形不变，而且晶 体内部仍保持电性中和。
如果替代的离子电价不等，互 换的结果使晶体带电，其电性或正 或负
（3）硅酸盐粘土矿物中的同晶替代
在硅酸盐粘土矿物中，最 普遍的同晶替代现象是晶体中 的中心离子被低价的离子所替 代，如四面体中的Si4＋被Al3＋ 离子所替代，八面体中Al3＋被 Mg2＋替代，所以土壤粘土矿物 一般以带负电荷为主。
（3）电荷数量大
同晶替代现象普 遍，蒙脱石主要发生 在 铝 片 中 ， 一 般 以 Mg2 ＋代Al3＋，而蛭石的同 晶替代主要发生在硅 片中
（4）胶体特性突出
蒙脱石颗粒细微，直径为 0.01～1μm；颗粒的总表面积 大。其可塑性、粘结性、粘着 性和吸湿性都特别显著。
蛭石的颗粒比蒙脱石大， 其表面积比蒙脱石小。
（3）层状硅酸盐矿物的性质与矿物的化 学组成和结晶构造关系十分密切
（一）构成特征
1、基本结构单位
构成层状硅酸盐 粘土矿物晶格的基 本结构单位是： （1）硅氧四面体 （2）铝氧八面体
（1）硅氧四面体（或简称四面体）
四面体基本的结构是由1个硅 离子（Si4＋）和4个氧离子（O2－） 所构成。其排列方式是以3个氧离 子构成三角形为底，硅离子位于底 部3个氧离子之间的中心低凹处， 第四个氧则位于硅离子的顶部，恰 恰把硅离子盖在氧离子的下面。
天然的针铁矿中有一部分 Fe3＋被Al3＋所替代。
一 般 说 来 ， 含 有 Al3＋ 替 代 的针铁矿其结晶程度都比较差
赤铁矿（α-Fe2O3）
赤铁矿常呈六角 形的板状。在高温、 潮湿、风化程度很深 的红色土壤中存在。
（二）氧化铝
土ccc分布在热带和亚热带 高度风化的酸性土壤中，其含 量可作为脱硅作用和富铝作用 的指标
4、同晶替代
（1）什么是同晶替代？
同晶替代是指组 成矿物的中心离子被 电性相同、大小相近 的离子所替代而晶格 构造保持不变的现象
（2）同晶替代的条件
① 离子半径 替代和被替代离子的大小要 相近，只有这样才能保证替代后 晶形不发生改变。 如Fe3＋离子的半径为0.064nm， 与八面体的中心离子Al3＋（半径 0 . 0 5 7 nm） 的 半 径 相 近 ， 可 发 生 替代而不改变晶形。
硅片顶端的氧仍然带负电荷， 硅片可用n（Si4O10）4－表示。
（2）八面体片（简称铝片）
八面体在水平方向上相邻八 面体通过共用两个氧离子的方 式，在平面两维方向上无限延 伸，排列成八面体片（简称铝 片）。
铝片两层氧都有剩余的负电 荷，铝片可用n（Al4O12）12－
3、单位晶层
由于硅片和铝片都带有 负电荷，不稳定，必须通过 重叠化合才能形成稳定的化 合物。硅片和铝片以不同的 方式在C轴方向上堆叠，形 成层状铝硅酸盐的单位晶层
同晶替代现象在 2：1和2：1：1型的 粘土矿物中较普遍， 而1：1型的粘土矿 物中则相对较少。
（4）同晶替代的结果
同晶替代的结果使 土壤产生永久电荷，能 吸附土壤溶液中带相反 电荷的离子，被吸附的 离子通过静电引力被束 缚在粘土矿物的表面
（二）硅酸盐粘土矿物的种类及 一般特征
层状硅酸盐粘土矿物的 种类很多，根据其构造特 点和性质，可以归纳为4个 类组，主要有：高岭组、 蒙蛭组、水化云母组和绿 泥石组矿物。
颗粒较小，其可 塑性、粘结性、粘 着性和吸湿性居中。
二、纤维状粘土矿物
1、纤维状粘土矿物的种类
不常见，在不同的沉积环 境中出现，如在海相和湖相沉 积物、热液矿床和干旱地区的 土壤等中发育有。
坡缕石和海泡石（也有称 凹凸棒石）
2、结构和性质
（1）坡缕石的结构
坡缕石是一种由Al3＋置换部 分 Mg2＋ 和 Si4＋ 的 Mg 硅 酸 盐 。 它的结构式： Mg5Si8O20（OH2）4•4H2O
（2）铝氧八面体（简称八面体）
八面体基本的结构是由1个铝离子 （Al3＋）和6个氧（O2－）离子（或氢 氧离子）所构成。
6个氧离子（或氢氧离子）排列成 两层，每层都由3个氧离子（或氢氧离 子）排列三角形，但上层氧的位置与 下层氧交错排列，铝离子位于两层氧 的中心空穴内。
像这样的构造单位， 如果连接相邻的3个氧离 子的中心，可构成假想的 8个三角形的面，铝离子 位于这8个面的中心，所 以我们称这种单位为铝氧 八面体（简称八面体）
颗粒大小介于高岭石 和蒙脱石之间，其可塑性、 粘结性、粘着性和吸湿性 都介于高岭石和蒙脱石之 间。
绿泥石组
这类矿物以绿 泥石为代表，绿泥 石 是 富 含 Mg、Fe 及 少 量 Cr 的 硅 酸 盐 粘 土矿物。