《粘土矿物》PPT课件
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粘土矿物.ppt
一、粘土矿物的结构
（一）硅氧四面体与硅氧四面体晶片
• 其最基本的结构单元是 SiO4四面体，多个SiO4 四面体通过共用顶角上 的一个、二个或三个、 四个氧原子连成链状、 环状、片状或三维网状 结构。在空间重复形成 硅氧四面体晶片。
硅氧四面体晶片
硅氧四面体的六方网格结构 内切圆直径0.288 nm，硅氧四面体片的厚度0.5 nm
特点：电荷量不受pH值、介质的影响！
2、可变（负）电荷 粘土所带电荷的数量随介质的pH值改变而改变。
原因： （1）铝氧八面体中＞Al-OH是两性的，在碱性介质中电出
H+，使粘土带负电荷； 在酸性介质中则电离出OH-，使粘土带正电荷。 一般情况下钻井液呈碱性，所以粘土带负电荷。
（2）粘土晶层在外力作用下发生断裂，则在断裂的边缘处 可能带负电，可能带正电荷。
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。
1.27
1.43
1.45
水合阳离子
半径（埃） 3.3
1.6
1.0
0.7
-
0.4 7.0 5.2 4.7 2.0
-
（3）H+水化半径小。H+与水形成H3O+，它们在粘土中表面 的吸附特别强。这也是泥浆性能的研究中格外重视pH值的重 要原因。 （4）不同粘土矿物的影响 阳离子的离子吸附能力由小到大交换顺序： 高岭石 Li+＜Na+NH 4+＜H+ K+＜Mg2+＜Ca2+
粘土矿物1
一、粘土是一个岩石术语； 粘土是一个岩石术语； 粘土是一个粒度术语。 二、粘土是一个粒度术语。
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。
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。
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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。
土壤学课件第2章粘粒矿物
化学结构式
[SiO4] 4-
第五节 粘粒矿物
二、层状硅酸盐粘土矿物
1、基本结构特征
硅氧四面体片底层有 六角形网眼要记住！ 哇噻，网眼半径1.32 埃。谁会被陷进去？
许多硅四面体可以共用 氧原子形成一层。氧原 子排列成为中间有空的 六角形，称为硅氧四面 体片，简称硅片。
第五节 粘粒矿物
二、层状硅酸盐粘土矿物
子交换量为10－40 Cmoles(+) kg-1。 ➢ 颗粒较小，其可塑性、粘结性、粘着性和吸
湿性居中
土壤的绿泥石大部分是由母质遗留下来，但也可能由层状 硅酸盐矿物转变而来。沉积物和河流冲积物中含较多的绿 泥石。
小结
单位晶层 1：1型 2：1型 2：1型 2：1：1型
矿物类型 1：1型粘土矿物
2：1型膨胀性矿物 2:1型非膨胀性矿物 2：1：1型粘土矿物
第五节 粘粒矿物
一、粘粒矿物概念
分布在粘粒部分的矿物
硅酸盐：最重要的造岩矿物，自然界中，占已知矿物种类的1/3，占岩 石圈量的80-90%，绝大多数都以硅酸盐为主要矿物成分，由岩石风化 成为土壤，土壤亦含大量硅酸盐—土壤的骨骼。在硅酸盐中，其结构可 以看成是氧离子组成骨架，阳离子填充于氧离子空隙中,阳离子的大小很 重要.
第五节 粘粒矿物
三、非硅酸盐粘粒矿物－氧化物类
4、常见氧化物
（一）氧化铁
赤铁矿、针铁矿、褐铁矿、磁铁矿、陵铁矿、兰铁矿
土壤中常见的氧化铁矿物是赤铁矿和针铁矿
针铁矿 （a-FeOOH):黄色或棕色，呈针状，在温带、亚热带与热带的土壤中大量存
赤铁矿 （a-
）：红色，呈六角板状，少量赤铁矿的存在也会使土壤看起来呈
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。
第二章粘土矿物课件PPT
钾离子直径（0.266nm）与硅氧四面体片中的六方网格结 构内切圆直径（0.288nm）相近，使它易进入六方网格结构中 而不易释出，所以晶层结合紧密，水不易进入其中。伊利石层 间距比较稳定，一般为1.0nm。
矿物 名称
晶型
晶 nm层间距-1/10 层间引力
阳/m离mo子l·(交10换0g容粘量土)
-1
2、2:1层型基本结构层 由两个硅氧四面体片夹着一个铝氧八面体片结合而成。
七层原子面：一层铝面，两层硅面和四层氧（或羟基）面。典型矿物：蒙脱石
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6
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7
引伸概念
粘土矿物分别由上述两种基本结构层堆叠而成。 层间域：当两个基本结构层重复堆叠时，相邻基本结构层 之间的空间； 粘土矿物的单位构造：基本结构层加上层间域； 层间物：存在于层间域中的物质；若层间物为水时，则称 为层间水，若层间域中有阳离子，则称为层间阳离子。
分子间力（不存在氢键）
膨胀型粘土矿物
大量的晶格取代
大量可交换阳离子
蒙脱土的晶格取代主要发生在铝氧八面体片中，由铁或镁取代铝氧八面体中 的铝。硅氧四面体中的硅很少被取代。晶格取代后，在晶体表面可结合各种可交 换阳离子。
可交换阳离子为钠
钠蒙脱石
可交换阳离子为钙
钙蒙脱石
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11
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高岭 1:1 7.2
氢键力，引力强 3~15
石
2021/3/10蒙石脱 2:1 9.6~40.0
分子间力，引力 70~130 弱
14
20~40
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四、绿泥石（Chlorite）
基本结构层是由一层类似伊利石2:1层型的结构片与一层水 镁石片组成。与其他2:1层型的粘土矿物相比，不同之处在于它 的层间域为水镁石片所充填。水镁石片为八面体片，片中的镁 为铝取代，使它带正电性，可代替可交换阳离子补偿2:1层型结 构中由于铝取代硅后产生的不平衡电价。
《纳米粘土材料》课件
纳米粘土材料可以提高油漆的防水性和耐候性。
生物医学材料
纳米粘土材料可以用于制备生物医学材料，如药 物载体和组织工程支架。
复合材料
与其他材料复合使用，纳米粘土可以改善材料的 力学性能和热稳定性。
环保材料
纳米粘土材料具有良好的吸附性能，可以应用于 环境污染治理。
4. 优缺点分析
优点
纳米粘土材料具有多功能性、可调控性、良好的力 学性能等优点。
缺点
纳米粘土材料的制备过程相对复杂，成本较高。
5. 发展前景
纳米技术的发展趋势
纳米技术在各领域的应用不断扩展，未来将有更多 创新和突破。
纳米粘土材料的未来应用
纳米粘土材料有望在汽车、建筑、电子等领域发挥 更大的作用。
6. 结语
感谢您参与本课程，希望通过《纳米粘土材料》的学习，您对纳米技术和纳 米粘土材料有了更深入的了解。
纳米粘土材料具有高比表面积、优异的力学性能、可调控的通道结构等特点，广泛应用 于不同领域。
2. 制备方法
机械剥离法
通过机械力将粘土层片剥离， 得到纳米级粘土颗粒。
水热合成法
在高温高压下，通过水热过程 合成纳米粘土材料。
溶胶-凝胶法
通过溶胶-凝胶过程，控制纳米 粘土的形貌和结构。
3. 应用
油漆材料
《纳米粘土材料》PPT课 件
欢迎来到《纳米粘土材料》的课件，让我们一起探索这个引人入胜的领域。 在本课程中，我们将从介绍、制备方法、应用、优缺点分析、发展前景，以 及结语等方面进行讨论。
1. 介绍
1 什么是纳米粘土材料
纳米粘土材料是由纳米级的粘土矿物颗粒组成的新型材料，具有独特的结构和性质。
2 纳米粘土材料的特点
生物医学材料
纳米粘土材料可以用于制备生物医学材料，如药 物载体和组织工程支架。
复合材料
与其他材料复合使用，纳米粘土可以改善材料的 力学性能和热稳定性。
环保材料
纳米粘土材料具有良好的吸附性能，可以应用于 环境污染治理。
4. 优缺点分析
优点
纳米粘土材料具有多功能性、可调控性、良好的力 学性能等优点。
缺点
纳米粘土材料的制备过程相对复杂，成本较高。
5. 发展前景
纳米技术的发展趋势
纳米技术在各领域的应用不断扩展，未来将有更多 创新和突破。
纳米粘土材料的未来应用
纳米粘土材料有望在汽车、建筑、电子等领域发挥 更大的作用。
6. 结语
感谢您参与本课程，希望通过《纳米粘土材料》的学习，您对纳米技术和纳 米粘土材料有了更深入的了解。
纳米粘土材料具有高比表面积、优异的力学性能、可调控的通道结构等特点，广泛应用 于不同领域。
2. 制备方法
机械剥离法
通过机械力将粘土层片剥离， 得到纳米级粘土颗粒。
水热合成法
在高温高压下，通过水热过程 合成纳米粘土材料。
溶胶-凝胶法
通过溶胶-凝胶过程，控制纳米 粘土的形貌和结构。
3. 应用
油漆材料
《纳米粘土材料》PPT课 件
欢迎来到《纳米粘土材料》的课件，让我们一起探索这个引人入胜的领域。 在本课程中，我们将从介绍、制备方法、应用、优缺点分析、发展前景，以 及结语等方面进行讨论。
1. 介绍
1 什么是纳米粘土材料
纳米粘土材料是由纳米级的粘土矿物颗粒组成的新型材料，具有独特的结构和性质。
2 纳米粘土材料的特点
小学科学岩石、沙和黏土课件ppt
作用和成岩作用而形成的。
02
主要特征
沉积岩具有明显的层理构造， 常含有化石，并且其颜色和成 分往往因所含杂质的不同而变
化。
03
常见类型
常见的沉积岩有砂岩、页岩、 石灰岩等。
火成岩
03
形成方式
主要特征
常见类型
火成岩是由岩浆冷却凝固而形成的岩石。
火成岩的晶体形状和大小因冷却速度的不 同而变化，其颜色、密度和硬度等也因成 分和形成条件的不同而异。
常见的火成岩有花岗岩、玄武岩、安山岩 等。
变质岩
01
02
03
形成方式
变质岩是由其他类型的岩 石在高温、高压和化学活 动性流体的作用下发生变 质作用而形成的。
主要特征
变质岩具有独特的片理、 片麻理或块状构造，其矿 物成分和结构构造与原岩 相比发生了明显的变化。
常见类型
常见的变质岩有大理岩、 片麻岩、石英岩等。
。
黏土
黏土是制作各种手工艺品的重要 材料之一，如泥塑、陶器等。这 些手工艺品不仅具有独特的艺术 风格，还蕴含着丰富的文化内涵
。
农业生产中的应用
岩石
岩石经过风化作用后形成的土壤，是农业生产的重要基础。不同类型的岩石风化后形成的土壤类型和性质也 不同，对农作物的生长和产量有着重要影响。
沙
沙质土壤疏松透气，有利于农作物的根系生长和呼吸作用。同时，沙质土壤还具有较好的排水性能，能够防 止农作物因水分过多而引发的病害。
通过本课程的学习，使学生了解岩石、沙和黏土的基本特征、分类和 用途，培养学生的观察、实验和探究能力，激发学生对自然科学的兴 趣。
岩石、沙和黏土的概念
岩石
岩石是天然产出的具稳定外型的矿物或玻璃集合体，按照一定的方式结合而成。是构成地 壳和上地幔的物质基础。
02
主要特征
沉积岩具有明显的层理构造， 常含有化石，并且其颜色和成 分往往因所含杂质的不同而变
化。
03
常见类型
常见的沉积岩有砂岩、页岩、 石灰岩等。
火成岩
03
形成方式
主要特征
常见类型
火成岩是由岩浆冷却凝固而形成的岩石。
火成岩的晶体形状和大小因冷却速度的不 同而变化，其颜色、密度和硬度等也因成 分和形成条件的不同而异。
常见的火成岩有花岗岩、玄武岩、安山岩 等。
变质岩
01
02
03
形成方式
变质岩是由其他类型的岩 石在高温、高压和化学活 动性流体的作用下发生变 质作用而形成的。
主要特征
变质岩具有独特的片理、 片麻理或块状构造，其矿 物成分和结构构造与原岩 相比发生了明显的变化。
常见类型
常见的变质岩有大理岩、 片麻岩、石英岩等。
。
黏土
黏土是制作各种手工艺品的重要 材料之一，如泥塑、陶器等。这 些手工艺品不仅具有独特的艺术 风格，还蕴含着丰富的文化内涵
。
农业生产中的应用
岩石
岩石经过风化作用后形成的土壤，是农业生产的重要基础。不同类型的岩石风化后形成的土壤类型和性质也 不同，对农作物的生长和产量有着重要影响。
沙
沙质土壤疏松透气，有利于农作物的根系生长和呼吸作用。同时，沙质土壤还具有较好的排水性能，能够防 止农作物因水分过多而引发的病害。
通过本课程的学习，使学生了解岩石、沙和黏土的基本特征、分类和 用途，培养学生的观察、实验和探究能力，激发学生对自然科学的兴 趣。
岩石、沙和黏土的概念
岩石
岩石是天然产出的具稳定外型的矿物或玻璃集合体，按照一定的方式结合而成。是构成地 壳和上地幔的物质基础。
粘土矿物PPT课件
第33页/共55页
粘土矿物
②伊利石特点
A、2：1型粘土矿物
B、存在晶格取代，取代位置主要在
Si-O
Al-O
Si-O四面体中，且取代数目比蒙脱石
K+
Si-O
多，产生的负电荷由等量的K+来平衡。
Si-O
Al-O
C、晶层间引力以静电力为主，引力
Si-O
强，晶层间距C=10Å，属非膨胀型粘
土矿物。
第34页/共55页
第5页/共55页
第一篇 钻井化学
第一章 粘土矿物
第6页/共55页
粘土
水/油
钻井液
处理剂
第7页/共55页
本章要点
• 基本概念：晶格取代、阳离子交换容量CEC等 • 粘土矿物的基本构造单元和基本结构层 • 常见粘土矿物（高岭石、伊利石、蒙脱石）的特点
及其特性解释 • 粘土矿物的基本特性及其机理
第8页/共55页
粘土矿物
D、C.E.C 大（700-1300 mmol/1kg 土)原因在于蒙脱石存在晶格取代，所以带负电荷较多，
周围吸附的阳离子数目较多，可发生交换的阳离子数目 多，所以大。 Ｅ、造浆率高
因为蒙脱石具有很强的水化膨胀能力，造浆率高， 所以它是钻井泥浆的主要配浆材料。
第32页/共55页
粘土矿物
（3）伊利石 ①伊利石晶体结构示意图
性粘土矿物？
OH
第26页/共55页
粘土矿物
D、低（30-150 mmol/kg土) 在三种常见的粘土矿物中，高岭石的Ｃ最低。原
因在于高岭石几乎不存在晶格取代，所以带负电荷很 少，周围吸附的阳离子数目少，可发生交换的阳离子 数目就更少了，所以小。 Ｅ、造浆率低
粘土矿物
②伊利石特点
A、2：1型粘土矿物
B、存在晶格取代，取代位置主要在
Si-O
Al-O
Si-O四面体中，且取代数目比蒙脱石
K+
Si-O
多，产生的负电荷由等量的K+来平衡。
Si-O
Al-O
C、晶层间引力以静电力为主，引力
Si-O
强，晶层间距C=10Å，属非膨胀型粘
土矿物。
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第一篇 钻井化学
第一章 粘土矿物
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粘土
水/油
钻井液
处理剂
第7页/共55页
本章要点
• 基本概念：晶格取代、阳离子交换容量CEC等 • 粘土矿物的基本构造单元和基本结构层 • 常见粘土矿物（高岭石、伊利石、蒙脱石）的特点
及其特性解释 • 粘土矿物的基本特性及其机理
第8页/共55页
粘土矿物
D、C.E.C 大（700-1300 mmol/1kg 土)原因在于蒙脱石存在晶格取代，所以带负电荷较多，
周围吸附的阳离子数目较多，可发生交换的阳离子数目 多，所以大。 Ｅ、造浆率高
因为蒙脱石具有很强的水化膨胀能力，造浆率高， 所以它是钻井泥浆的主要配浆材料。
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粘土矿物
（3）伊利石 ①伊利石晶体结构示意图
性粘土矿物？
OH
第26页/共55页
粘土矿物
D、低（30-150 mmol/kg土) 在三种常见的粘土矿物中，高岭石的Ｃ最低。原
因在于高岭石几乎不存在晶格取代，所以带负电荷很 少，周围吸附的阳离子数目少，可发生交换的阳离子 数目就更少了，所以小。 Ｅ、造浆率低
《土壤矿物》课件
常见的土壤矿物
石英
硅酸盐矿物，是土壤中一种常见的主要矿物， 具有优良的热稳定性和化学稳定性。
长石
硅酸盐矿物，是土壤中另一种常见的主要矿物， 对土壤的物理性质和化学作用有一定影响。
伊利石
黏土矿物，是土壤中最重要的黏土矿物之一， 对土物
氧化物矿物，是土壤中常见的红色或黄色颗粒， 影响土壤的颜色和养分含量。
3 土壤物理性质
土壤矿物的形状和排列方式影响土壤的通透性、保水性和保肥性，对土壤质地产生重要 影响。
土壤矿物的分类
硅酸盐矿物
包括石英、长石和云母等，是土壤中最常见 的矿物。
层状矿物
例如膨润土和绿泥石，具有吸附能力和防渗 性。
氧化物矿物
如铁氧化物和铝氧化物，影响土壤的颜色和 养分含量。
黏土矿物
包括伊利石和蒙脱石，影响土壤质地和水分 保持能力。
3
颗粒排列方式
土壤矿物的排列方式影响土壤的保水性和排水性，如黏土矿物的铺排结构导致土壤持 水性提高。
土壤矿物在农业和环境中的应用
农业生产
土壤矿物对作物的栽培和 生长发挥重要作用，如提 供养分、调节土壤水分和 保持土壤肥力。
污染修复
土壤矿物具有吸附和解毒 能力，可以用于污染土壤 的修复和环境保护。
土地利用规划
通过分析土壤矿物组成和 特性，可以制定合理的土 地利用规划，保障农业生 产和生态环境的可持续发 展。
《土壤矿物》PPT课件
土壤矿物对土壤系统至关重要，它们影响土壤的成分、性质和质地。本课件 将深入探讨土壤矿物的意义和分类，以及其在农业和环境中的重要应用。
土壤矿物的意义
1 土壤形成与保护
土壤矿物作为土壤的基础组成部分，能够促进土壤形成和提供保护，维护生态平衡。
相关主题
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第一节 粘土矿物的晶体构造
3、晶片的结合(基本结构层) 晶层：四面体晶片与八面体晶片以适当的方式结合，构成晶层 （1）1：1型晶层：由一个硅氧四面体晶片与一个铝 氧八面体
晶片构成（5层原子面）。 层面上是OH
层面是O
Al-O晶片 Si-O晶片
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络。硅氧四面体晶片由多个硅氧四
面体通过共用底氧原子连接而成。
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第一节 粘土矿物的晶体构造
2、铝氧八面体与铝氧八面体晶片
铝氧八面体：六个顶点为氧或 氢氧原子团，铝、铁或镁原子 居于八面体中央。
铝氧八面体晶片：多个铝氧 八面体通过共用的O或OH连接 而成的Al-O八面体网络
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（2）2：1型晶层：由两个硅氧四面体晶片与一个铝氧八面体 晶片构成（7层原子面）。
氧原子 编辑课件ppt
氧原子
Si-O晶片 Al-O晶片 Si-O晶片
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4. 由基本结构层重复堆叠引申的几个概念 （1）层间域：相邻基本结构层之间的空间。 （2）粘土矿物的单位构造：基本结构层加上层间域。 （3）层间物：存在于层间域中的物质。若层间物为水则称
油田应用化学-----第二章
第二章 粘土矿物
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前言
（1）粘土主要由粘土矿物(含水的铝硅酸盐)组成。
粘土
（2） 在水中有分散性 、带电性、离子交换以及水化性。
粘土 与钻 井的 关系
（1）粘土为钻井液的重要组成成分之一。 （2）钻井过程中井眼的稳定性与地层粘土含量和类型密切相关。 （3）油气层粘土含量和类型与钻井过程中油气层损害密切相关。
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第一节 粘土矿物的晶体构造
一、粘土矿物的两种基本构造单元
基本构造单元－单元片－基本结构层－粘土矿物
1、硅氧四面体与硅氧四面体晶片
硅氧四面体：有一个硅原子与四 个氧原子，硅原子在四面体的中心， 氧原子在四面体的顶点，硅原子与 各氧原子之间的距离相等。
硅氧四面体晶片：指硅氧四面体网
为层间水；若为阳离子，则称为层间阳离子。
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7
二、几种常见粘土矿物的晶体构造
1、基本概念
（1）晶格取代：在粘土矿物晶体中，一部分阳离子被另外 阳离子所置换，产生过剩电荷的现象。
Si-O四面体：Al3+取代Si4+ Al-O八面体： Mg2+、Fe2+取代Al3+
粘土带 负 电荷
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C、晶层间引力以分子间力为主，引力弱，晶层间距 C=9.6Å- 40Å，属膨胀型粘土矿物，为什么？
◆蒙脱石上下相临的层面皆为O面，晶层间引 力以分子间力为主，层间引力较弱，水分子 易进入晶层。
◆蒙脱石由于晶格取代产生较多的负电荷，
在它周围必然会吸附等电量的阳离子，水化
阳离子给粘土带来厚的水化膜，使蒙脱石膨
Ｅ、造浆率低 高岭石晶层间以氢键为主，引力较强，晶层间连接紧
密，水分子不易进入晶层间，水化作用仅限于外表面， 故水化分散能力差，造浆率低。
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⑵蒙脱石 ①蒙脱石晶体结构示意图
硅氧四 面体片
铝氧八 面体片
硅氧四 面体片
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②蒙脱石特点
A、2：1型粘土矿物
B、存在晶格取代，取代位置主要在Al-O八面体中，即Al3+被 Mg2+、Fe2+和Zn2+等取代，产生的负电荷由等量的Na+或Ca2+ 来平衡，分别被称为钠蒙脱石和钙蒙脱石。
伊利石的实际结构式为：
(K)xAl4(Si8-xAlx)O20(OH)20
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（2）阳离子交换容量（Cation Exchange Capacity) CEC
定义：分散介质pH=7时，1000g粘土所能交换下来的阳离 子的毫摩尔数（以一价阳离子毫摩尔数表示）。
CEC可用来表示粘土在水中带电性的多少，它与粘土 的水化分散、吸附等性质密切相关。
因为蒙脱石具有很强的水化膨胀能力，造浆率高，所以它是
钻井泥浆的主要配浆材料。膨润土的主要成分是蒙脱土，一级
膨润土主要为钠蒙脱土（钠土）；二级为钙蒙脱土（钙土）
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（3）伊利石
①伊利石晶体结构示意图
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②伊利石特点
A、2：1型粘土矿物 B、存在晶格取代，取代位置主要在SiO四面体中，且取代数目比蒙脱石多， 产生的负电荷由等量的K+来平衡。 C、晶层间引力以静电力为主，引力 强，晶层间距C=10Å，属非膨胀型粘 土矿物。为什么？
（3）造浆率：一吨干粘土所能配制粘度（表观粘度）为 15mPa.s钻井液的体积数，m3/T。
造浆率
粘土的水化分散能力
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2、几种常见粘土矿物的晶体构造
（1）高岭石 ①高岭石晶体结构示意图
铝氧八 面体片
硅氧四 面体片
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共用氧原 子连接
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②高岭石特点
A、1：1型粘土矿物 B、几乎不存在晶格取代，负电量少 C、晶层间引力以氢键为主，引力强，晶层间距C=7.2Å
问题：高岭石属非膨胀型粘土矿物，为什么？
Si-O
高岭石上下相临的层面，一面为OH面， O
Al-O
另一面为O面，而O与OH很容易形成 OH
氢键，层间引力较强，晶层间连接紧密，
水分子不易进入晶层。
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D、CEC低（30-150 mmol/kg) 在三种常见的粘土矿物中，高岭石的ＣEC最低。原因 在于高岭石几乎不存在晶格取代，所以带负电荷很少， 周围吸附的阳离子数目少，可发生交换的阳离子数目就 更少了，所以CEC小。
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例1：蒙脱石在不发生晶格取代时，其理想结构式为： Al4Si8O20(OH)4.nH2O
蒙脱石的实际结构式为： (1/2Ca,Na)x(MgxAl4-x)(Si8O20)(OH)4.nH2O
例2：伊利石在不发生晶格取代时，其理想结构式为： Al4（Si8O20）（OH）4
胀。
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D、CEC 大（800-1500 mmol/kg)
原因在于蒙脱石存在晶格取代，所以带负电荷较多， 周围吸附的阳离子数目较多，可发生交换的阳离子数目 多，所以CEC大。
Ｅ、造浆率高
◆蒙脱石晶层间引力以分子间力为主，层间引力较弱， 水分子易进入晶层，引起蒙脱石水化膨胀。
◆蒙脱石负电荷多，吸附阳离子数量多，水化阳离子给粘 土带来厚的水化膜，使蒙脱石水化膨胀。