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粘土主要矿物的结构与性质精编版
粘土主要矿物的结构与性质
摘要
主要论述了粘土中主要矿物的结构石和多水高岭石。高岭石的化学式为：Al2O3·2SiO2·2H2O，其晶体结构式是：Al4（Si4O10）（OH）8。
图1：高岭石结构示意图
高岭石的结晶属于双层结构硅酸盐矿物（如图1），即每一晶层系由一层硅氧四面体（SiO4）和一层铝氧八面体[AlO2(OH)4]通过共用的氧原子联系在一起，高岭石是由许多具有这种双层结构的平行的晶层组成，相邻两晶层通过八面体的羟基和另一层四面体的氧以氢键相联系，因而它们之间的结合力较弱，层理易于裂开及滑移。层间不易吸附水分子，但由于水分子的楔裂作用，或外部机械应力的作用，易使层间分离，或使粒子破坏，增加比表面积，提高分散度，增加可塑性。高岭石晶格内部离子是很少置换的，在晶格破坏时，最外层边缘上有断键，电荷出现不平衡，才吸附其它阳离子，重新建立平衡。高岭石结构外表面的OH-中的H+可以被K+或Na+等离子所取代。结晶差的晶体中，晶格内部的部分Al3+可以被Ti4+或Fe3+等所置换，产生不平衡健力，吸附其它离子，具有一定的离子交换量。
高岭土中高岭石类粘土矿物含量愈多，杂质愈少，其化学组成愈接近高岭石的理论组成，纯度愈高的高岭土其耐火度愈高，烧后逾洁白，莫来石晶体发育愈多，从而其力学强度、热稳定性、化学稳定性愈好。但其分散度较小，可塑性较差。反之，杂质愈多，耐火度愈低，烧后不够洁白，莫来石晶体较少，但可能其分散度较大，可塑性较好。
2 蒙脱石类
以蒙脱石为主要矿物的粘土叫膨润土。蒙脱石类的矿物种属繁多，成分变化也最为复杂。若不考虑晶格中的Al3+和Si4+被其它离子置换时，蒙脱石的理论化学通式为Al2O3·4SiO2·nH2O(n通常大于2)。它的晶体结构式是Al4（Si8O20）（OH）4·nH2O.
图2：蒙脱石晶体结构
蒙脱石晶粒呈不规则细粒状或鳞片状，颗粒较小，一般小于，结晶程度差，轮廓不清楚。蒙脱石的特性是能够吸收大量的水，体积膨胀。以蒙脱石为主要成分的膨润土吸水后体积可膨胀20～30倍，这就是膨润土的名字由来。膨润土在水中呈悬浮和凝胶状，并具有良好的阳离子交换特性。
蒙脱石类矿物之所以吸水性强，是因为其晶胞是具有三层结构的硅酸盐矿物（如图2），每个晶层是由二层硅氧四面体中夹着一层[AlO2(OH)4]八面体。四面体的顶端氧指向结构层中央，与八面体共用，并将三层联接在一起。这种结构沿a、b轴方向可无限伸长，沿c轴方向以一定的间距重叠。由于c轴方向的晶层间的氧层与氧层的联系力很小，可形成良好的解理面，层间易于侵入水分子或其它极性分子，引起c轴方向膨胀，另外，晶格内四面体层的地Si
4+小部分可被Al3+、P5+等置换。八面体层内的Al3+常被Mg2+、Fe3+、Zn2+、Li+等置换。这样使得晶格中电价不平衡，产生剩余键，促使在晶层间吸附Ca2+、Na+等阳离子，以平衡晶格内的不平衡电价。蒙脱石族矿物晶格内的离子置换主要发生在[AlO2(OH)4]层中，因此其晶层间吸附的阳离子，不仅使晶层之间的距离增加，更易吸收水分子而膨胀，而且这些被吸附的阳离子易于被