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
性质精编版
MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】
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特点，并对各种矿物的主要性能(如可塑
性、干燥收缩和膨润性等)进行了综述。
关键词：粘土,高岭石,蒙脱石,伊利石,晶体结构，可塑性，膨润性
ABSTRACT
Mainly discusses the main structure characteristics of clay minerals, and a variety of mineral properties ( such as plasticity, drying shrinkage and swelling etc.) are reviewed.
KEY WORDS: Clay, kaolinite, montmorillonite, illite, crystal structure, plasticity, swelling
粘土类原料是日用陶瓷、耐火材料等的主要原料之一，它主要是由粘土矿物和
其它矿物组成的并具有一定特性的（其中主要是具有可塑性）土状岩石。粘土矿物
主要是一些含水铝硅酸盐矿物，其晶体结构是由[SiO
4]四面体组成的（Si
2
O
5
）n层
和一层由铝氧八面体组成的AlO（OH）
2
层相互以顶角联接起来的层状结构，这种结构在很大程度上决定了粘土矿物的各种性能。
粘土很少由单一矿物组成，而是多种微细矿物的混合体，其主要矿物是被统称为“粘土矿物”的一些含水铝硅酸盐矿物。根据矿物的结构和组成的不同，可把粘土中的主要矿物分为高岭石类、蒙脱石类和伊利石类等三种。
在粘土的使用过程中，由于对各种主要矿物的结构认识不足，常常在生产中造成资源的浪费，并且产品达不到理想的性能。材料的结构决定性能，只有掌握了矿物的的结构与性能的关系，才能对矿物进行合理、充分的利用。为此，我主要分析一下三种主要粘土矿物的结构与性能。
1 高岭石类
高岭石是一般粘土中常见的粘土矿物，主要由高岭石组成的较纯净的粘土称为高岭土。高岭石首先在我国江西景德镇东部的高岭村山头发现，现在国际上都把这种有利于成瓷粘土称为高岭土，它的主要矿物成分是高岭石和多水高岭石。高岭石
的化学式为：Al
2O
3
·2SiO
2
·2H
2
O，其晶体结构式是：Al
4
（Si
4
O
10
）（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（SiO
4）和一层铝氧八面体[AlO
2
(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Al
2O
3
·4SiO
2
·nH
2
O(n通常大于2)。它的晶体结构式是Al
4
（Si
8
O
20
）（OH）
4·nH
2
O.
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[AlO
2(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Si4+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[AlO
2(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置换，使蒙脱石具有较强的阳离子交换能力。
蒙脱石的这些结构决定了它的性能：容易碎裂、颗粒极细、可塑性好、干燥后强度大、干燥收缩也大等。
3 伊利石类
伊利石类也泛称水云母类，其组成成分与白云母相似，是白云母经强烈的化学风化作用，转化为蒙脱石或高岭石的中间产物。
白云母的晶胞也是具有三层结构的硅酸盐矿物，与蒙脱石的晶胞不同的是，其二层硅氧四面体中约有1/4的Si4+被Al3+所置换，其剩余键正好由一个嵌入层间氧层四面体网眼中的K+来平衡，故其晶格结合牢固，不致发生膨胀。白云母的化学通
式为：K
2O·3Al
2
O
3
·6SiO
2
·2H
2
O。在进行化学风化时，其晶体结构中的K+由于水化
的作用，被部分地滤掉，而由H
3
O+取代时，即得水云母矿物。所以水云母类粘土的含碱量较云母为少。而含水量较云母为多。但这个取代是逐步过渡的，有的水化不强烈，有的水化强烈，前者仍有云母特色，后者则在组分、物性，以及形态诸方面变化较多，一般即归之于伊利石类矿物。伊利石类矿物成分复杂，存在量大，其晶
体结构式可写成K
2（Al，Fe，Mg）
4
（Si，Al）
3
O
20
（OH）
4
·nH
2
O。从组成上和结构
上来看，伊利石与白云母比较，伊利石含K2O较少，而含水较多，晶层间阳离子通常为K+，也有部分被H+、Na+所取代。伊利石与高岭石相比较，伊利石含K
2
O多，而含水较少，故其成分及结构是介于白云母与高岭石或白云母与蒙脱石之间。
伊利石类矿物的基本结构虽与蒙脱石相仿，但因其无膨润性，且其晶体也比蒙脱石粗，因此可塑性较低，干后强度小，而干燥收缩较小，软化温度比高岭石低。使用时应注意这些特点。
4 结语
随着冶金、建筑等对粘土原料的需求，学者对粘土原料做了大量研究，并取得了很大的进展，粘土制品以应用到很多领域。我们可以通过对其晶体结构的研究，
进一步掌握各种粘土的应用性能。随着我国科技水平的不断提高和科技人员的不断努力，我国对粘土矿物的应用也将取得突破性进展。
参考文献
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[2]陆佩文.无机材料科学基础．武汉：武汉理工大学出版社，1996.
[3]苏云卿．硅酸铝质耐火材料．北京：冶金工业出版社，1989．
粘土矿物在扫描电镜下的识别
10自生粘土矿物鉴定 根据矿物的形态特征和成分特点进行鉴定． 10.1高岭石 10.1.1形态特征 用扫描电子显微镜观察，沉积岩中自生高岭石呈蠕虫状(图版I-b)、书页状(图版I-c)集合体赋存子粒间．其单晶为六方板状（图版I—a），常与自生石英、方解石等自生矿物共生．10.1.2成分特征 用能谱测定高岭石的化学成分．主要元素为硅(Si)、铝(Al)，其Si02/Al2O3的比值为1·1-1.3。 10.2蒙皂石 10.2.1形态特征 用扫描电子显微镜观察．沉积岩中自生蒙皂石呈蜂窝状（图版I-a、b、c）赋存子粒表，星棉絮状、片状赋存予粒间． 10.2.2成分特征 用能谱测定其成分．主要成分为硅(Si)、铝(Al)、钙(Ca)、钠(Na)，氧化钾(K2O)含量低，通常小于1.5%． 10.3伊利石 10.3.1形态特征 用扫描电子显微镜观察，自生伊利石呈片状（图版I-a、c）或丝状（图版I-b）集合体，赋存子粒表和粒同． 10.3.2成分特征 用能谱测定伊利石成分．主要元素为硅(Si)、铝(Al)、钾(K)．其氧化钾(K20)值通常大于7.5%． 10.4绿泥石 10.4.1形态特征 用扫描电子显微镜观察，自生绿泥石墨绒球状(图版Ⅳ-a)赋存子粒间，或以针叶状(图版Ⅳ-b)赋存于粒表，其单晶结构为叶片状(图版Ⅳ-c)． 10.4.2成分特征 用能谱测定绿泥石成分．主要元素为硅(Si)、铝(Al)、铁(Fe)、镁(Mg)．除硅、铝外，富含铁、镁是其主要特征． 10.5伊/蒙混层 10.5.1形态特征 用扫描电子显微镜观察，伊/蒙混层呈丝状（图版Va、b、c），是蒙皂石向伊利石过渡期的粘土矿物．形态特征是蒙皂石特征逐渐消失，伊利石特征逐渐增强，赋存于粒表和粒间．10.5.2成分特征 用能谱测定伊/蒙混层成分，主要元素为硅(Si)、铝(Al)、钾(K)、钙(Ca)、钠(Na)．其成分特征主要反映在氧化钾(K2O）含量为1.5%～7.5%．确定为过渡期的混层粘土矿物．10.6绿/蒙混层 10.6.1形态特征 用扫描电子显微镜观察，绿/蒙混层粘土矿物呈蜂窝状（图版Ⅵ-a、b）和丝状结构（图版Ⅵ-c）．是蒙皂石向绿泥石过渡期的粘土矿物，具有蒙皂石和绿泥石的形态特征． 10.6.2成分特征 用能谱测定绿/蒙混层成分，主要元素为硅(Si)、铝(Al)、铁(Fe)、镁(Mg)、钙(Ca)。其铁、镁含量较高是主要特征．
环境保护中粘土矿物的应用
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
粘土矿物在环境中的应用
https://www.wendangku.net/doc/7014088824.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.wendangku.net/doc/7014088824.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-
粘土矿物对储层物性的影响_李娟
中国西部科技
２０１１年０８月（上旬）第１０卷第２２期总 第２５５期
粘土矿物对储层物性的影响
李 娟 于 斌
（成都理工大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室，四川 成都 ６１００５９） 摘 要：依据化学成分的不同，可将粘土矿物分为五类，高岭石、蒙皂石、伊利石、绿泥石、伊利石－蒙皂石和绿泥石－ 蒙皂石混层。粘土矿物的类型、含量、产状和物理性质对储层的物性有较大的影响，粘土矿物含量越高，砂岩的孔隙度 和渗透率越低，储集性能越差；粘土矿物的产状与油气层的渗透率有密切联系，其中搭桥式对储层的渗透率影响最大； 粘土矿物因其具有膨胀性，对酸敏感性，也严重影响着储层物性。 关键词：粘土矿物；孔隙度；渗透率；含量；产状 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６３９６．２０１１．２２．００４ １ 引言 中的绿泥石富含镁、铁，具有较强的酸敏性。伊利石－蒙皂 石混层和绿泥石－蒙皂石混层以薄膜式贴附在砂岩颗粒表 面，分别具有两种矿物的性质，具有较高的膨胀性。 ３ 粘土矿物成岩作用 粘土矿物的演化对储层研究有重要意义，它既可以充
在砂岩储层中粘土矿物的组成、含量、产状和分布特 征直接影响到对砂岩储层的评价，它与油层储层敏感性密 切相关，粘土矿物分布的广泛性和特有的物理化学性质， 使它与石油地质和油气田的开发诸多发面联系起来。不同 类型的粘土矿物与砂岩的渗透率有不同的相关关系，同一 种粘土矿物形态和产状的不同与渗透率相关性也有差异， 基于粘土矿物的重要性及复杂性对其做深入的了解。 ２ 粘土矿物的类型与物理性质 根据化学成分的不同，可将粘土矿物划分为五种类 型：高岭石、蒙皂石、伊利石、绿泥石、伊利石－蒙皂石和 绿泥石－蒙皂石混层。 高岭石在砂岩孔隙中常以书页状、蠕虫状等各种形态 的集合体形式存在，高岭石具有颗粒大、对砂岩颗粒的附 着力弱两大特征。蒙皂石常以薄膜式贴附在碎屑颗粒表 面，具有较大的比表面积，在岩层中的存在形态有多种， 有时呈现出波状、褶皱层状等，蒙皂石是膨胀性很强的粘 土矿物。伊利石是砂岩中最常见的粘土矿物，在地质剖面 上从上至下均有分布，但存在形态有变化，在较浅的砂岩 中呈鳞片状贴附在砂岩颗粒表面；在深部，伊利石呈毛发 状、纤维状或条片状呈搭桥式生长［１］，把砂岩中可流动的粒 间孔隙变为微细束缚孔隙，它常常是我国低渗透－特低渗透 砂岩储层及致密非储集砂岩粘土矿物的主要特征之一 。伊 利石膨胀性介于高岭石与蒙皂石之间。绿泥石常见于较深 的地层中，存在形态有板状，柳叶状，集合体状等，油层
［２］
填粒间孔隙，减少孔隙空间，还可以通过影响储层敏感性 降低储层的渗透率。粘土矿物纵向上演化具有一定的规律 性，随着埋藏深度和温度的增加，砂岩中的蒙皂石要向伊 利石或绿泥石转化，同时伊利石的结晶程度随着埋藏深度 的增加而变好。 油气对砂岩粘土矿物的成岩作用的影响。油气进入储 层以后抑制自生粘土矿物的进一步演化，如英国北海盆地 侏罗系Ｂｒｅｎｔ砂岩，在油水界面之上的砂岩只含高岭石，很 少含伊利石，而在油水界面之下的砂岩则以含伊利石为 主，而且有证据证明伊利石呈高岭石假象，其是成岩过程 中高岭石与孔隙水不断发生反应的结果。因此，油层粘土 矿物的演化程度可以用来推断油气进入储层的时间［３］。 孔隙水流动特征影响粘土矿物的成岩作用。砂岩储层 中孔隙流体的流动特征决定了成岩过程中物质的迁移和再 分配，影响粘土矿物在砂岩储层中的分布特征。 ４ 粘土矿物对储层渗透率的影响 ４．１ 粘土矿物含量的影响 国内外的研究表明，在沉积成岩条件大致相同的情况 下，粘土矿物绝对含量越高，砂岩的孔隙度和渗透率越 低，储集性能越差，砂岩的粘土含量为１％～５％时，为储集
图１ 粘土矿物含量与孔渗关系［５］ 收稿日期：２０１１－０５－２７ 修回日期：２０１１－０６－１９ 作者简介：李娟（１９８６－），女，硕士，研究方向为矿产普查与勘探。
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红粘土的物理性与力学性质的探讨
红粘土的物理性与力学性质的探讨 发表时间：2019-03-07T13:44:01.157Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第33期作者：刘军 [导读] 本文通过相关实验研究和相关工程数据分析了红粘土的物理性和力学性质，以供相关人员进行参考。 中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司 摘要：红粘土分布在我国各地，是几大特殊土之一，随着我国社会经济的不断发展，人们的生活水平也在不断提高，红粘土也逐渐应用于各类项目的建设中，研究和分析红粘土的物理性和力学性质就显得尤为重要，更好地了解其物理性和力学性质能够提高其应用程度和项目的建设质量。本文通过相关实验研究和相关工程数据分析了红粘土的物理性和力学性质，以供相关人员进行参考。 关键词：红粘土；物理性；力学性质；对比分析 引言：红粘土具有极高的使用价值，在工程的建设中被广泛应用，所以，研究和分析红粘土的物理性和力学性质有着十分重要的意义，对工程的建设和发展也存在着积极的影响，能够正确高效地解决在工程建设中出现的问题。 1.基本物理性质 红粘土由不同的矿物成分和化学成分组成，有其独特的结构特征，这些方面都决定了红粘土的物理性质。红粘土分布在我国全国各地，不同区域的红土化程度也存在差异，因此其物理性质也有所不同。通过对比不同地区红粘土的指标，可以看出红粘土的特性和不同之处。 对比的土样样品，一些是使用相关取土设备进行的直接取样；一些是通过取土器在钻孔中取得。取样的深度是1.5米-8.0米，样品颜色均为褐红色、棕红色，呈细小颗粒。通过符合相关标准的试验，以上红粘土的物理性质和各项指标如下表所示： 以上表格的绘制和建立，对诸多与红粘土试验相关的资料进行了参考和结合应用，根据以上数据表明，红粘土中天然含水率较高，孔隙比较大，当红粘土处于硬塑状态时压缩性较低，抗剪强度也较大，比一般粘土承载力相对高一些；当红粘土处于可塑状态时，压缩性变大，
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 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
南海粘土矿物组合特征及其环境意义_邱中炎
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
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Si 4+，而四个二价的氧O 2－ 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Mg 2＋ )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。即使有表面水合能撑开晶层，但不足以克服晶层间大的内聚力，几乎无阳离子交换(阳离子交换容量很小，其CEC 值为3－15毫克当量/100克干土)和类质同象置换现象，其基本层是中性的。同时，高岭石晶体基面间距(C 轴间距或doo1值)小(约7.2 A )，没有容纳阳离子的地方，即晶层无阳离子存在。高岭石晶体只有外表面，没有内表面，比表面积很小(一般远小于100m 2 /g )，被吸附的交换性阳 离子(如Na ＋ 、Ca 2+等)仅存于高岭石矿物外表面，这对晶层水合无重要影响，所以高岭石是较稳定的非膨胀性粘土矿物，层间联结强，晶格活动性小，最活跃的表面是在晶体断口、破坏的及残缺部位的边缘部分，浸水后结构单位层间的距离（C 轴间距或doo1值)不变，使高岭石膨胀性和压缩性都较小，但有较好的解理面。 蒙脱石类粘土矿物中的结构单位层间为O 与 O(如图3.4 )，相邻两晶层之间的联结力主要为范德华(Van der waals)力，层间联结极弱，易于拆开。蒙脱石既有外表
土的物理力学性质
光泽反应 光泽反应是指用小刀切开稍湿的土，并用小刀抹土面，看土面是否呈现光泽。可分为：有光泽和无光泽两种。高液限的粘性土通常有光泽，而低液限粘性土（或粉质土）通常无光泽反应。 土的结构描述： 粒状结构，野外表现很密实状，显微镜下呈粒状紧密连接； 蜂窝状结构，野外表现很松散，显微镜下显蜂窝状； 环状结构，显微镜下显环状结构。 关键是在野外怎么判别？而且土的结构与哪些土有较密切关联性。 另外分别说出各类土的结构对工程力学性质有什么影响，就是说通过土的结构可以推断出土的大概力学物理性质吗？大家畅言 常见的土结构有以下三种： 1、单粒结构(particle structure)或(single-grained structure) 粗颗粒土，如卵石、砂等。 2、蜂窝结构(boneycomb structure) 当土颗粒较细（粒级在0.02~0.002mm范围），在水中单个下沉，碰到已沉积的土粒，由于土粒之间的分子吸力大于颗粒自重，则正常土粒被吸引不再下沉，形成很大孔隙的蜂窝状结构。 3、絮状结构（flocculent structure） 粒径小于0.005mm的粘土颗粒，在水中长期悬浮并在水中运动时，形成小链环状的土集粒而下沉。这种小链环碰到另一小链环被吸引，形成大链环状的絮状结构，此种结构在海积粘土中常见。
上述三种结构中，以密实的单粒结构土的工程性质最好，蜂窝状其次，絮状结构最差。后两种结构土，如因振动破坏天然结构，则强度低，压缩性大，不可用作天然地基。 二、土的构造 同一土层中，土颗粒之间相互关系的特征称为土的构造。觉见的有下列几种： 1．层状构造 土层由不同颜色，不同粒径的土组成层理，平原地区的层理通常为水平层理。 层状构造是细粒土的一个重要特征。 2．分散构造： 土层中土粒分布均匀，性质相近，如砂，卵石层为分散构造。 3．结核状构造 在细粒土中掺有粗颗粒或各种结核，如含礓石的粉质粘土，含砾石的冰碛土等。其工程性质取决于细粒土部分。 4．裂隙状构造 土体中有很多不连续的小裂隙，有的硬塑与坚硬状态的粘土为此种构造。裂隙强度低，渗透性高，工程性质差。
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)2 H2OAl2Si2O3 (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。浮选的矿浆浓度以10%最适宜，载体浮选（背负浮选）
粘土矿物在地质、环境、材料科学领域中的应用
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
(完整word版)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。即使有表面水合能撑开晶层，但不足以 克服晶层间大的内聚力，几乎无阳离子交换(阳离子 交换容量很小，其CEC值为3－15毫克当量/100克 干土)和类质同象置换现象，其基本层是中性的。同 时，高岭石晶体基面间距(C轴间距或doo1值)小(约 7.2 A )，没有容纳阳离子的地方，即晶层无阳离子 存在。高岭石晶体只有外表面，没有内表面，比表 面积很小(一般远小于100m2/g )，被吸附的交换性阳 离子(如Na＋、Ca2+等)仅存于高岭石矿物外表面，这 对晶层水合无重要影响，所以高岭石是较稳定的非 膨胀性粘土矿物，层间联结强，晶格活动性小，最 活跃的表面是在晶体断口、破坏的及残缺部位的边 缘部分，浸水后结构单位层间的距离（C轴间距或 doo1值)不变，使高岭石膨胀性和压缩性都较小，但 有较好的解理面。 蒙脱石类粘土矿物中的结构单位层间为O与 O(如图3.4 )，相邻两晶层之间的联结力主要为范德华(Van der waals)力，层间联结极弱，易于拆开。蒙脱石既有外表
粘土主要矿物的结构与性质
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特点，并对各种矿物的主要性能(如可塑性、干燥收缩和膨润性等)进行了综述。 关键词：粘土,高岭石,蒙脱石,伊利石,晶体结构，可塑性，膨润性 ABSTRACT Mainly discusses the main structure characteristics of clay minerals, and a variety of mineral properties ( such as plasticity, drying shrinkage and swelling etc.) are reviewed. KEY WORDS: Clay, kaolinite, montmorillonite, illite, crystal structure, plasticity, swelling 粘土类原料是日用陶瓷、耐火材料等的主要原料之一，它主要是由粘土矿物和其它矿物组成的并具有一定特性的（其中主要是具有可塑性）土状岩石。粘土矿物主要是一些含水铝硅酸盐矿物，其晶体结构是由[SiO4]四面体组成的（Si2O5）n层和一层由铝氧八面体组成的AlO（OH）2层相互以顶角联接起来的层状结构，这种结构在很大程度上决定了粘土矿物的各种性能。 粘土很少由单一矿物组成，而是多种微细矿物的混合体，其主要矿物是被统称为“粘土矿物”的一些含水铝硅酸盐矿物。根据矿物的结构和组成的不同，可把粘土中的主要矿物分为高岭石类、蒙脱石类和伊利石类等三种。 在粘土的使用过程中，由于对各种主要矿物的结构认识不足，常常在生产中造成资源的浪费，并且产品达不到理想的性能。材料的结构决定性能，只有掌握了矿物的的结构与性能的关系，才能对矿物进行合理、充分的利用。为此，我主要分析一下三种主要粘土矿物的结构与性能。
粘土矿物在环境保护中的应用研究
粘土矿物在环境保护中的应用 杨飞华姜志刚郑学松 （北京市建材科学研究院北京100041） 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,因而在诸多领域的应用受到限制。随着科学技术的发展,矿物材料正在向轻型、高纯、精细和复合方向发展,具有特殊功能的矿物材料已成为新型材料和应用技术研究开发的主流。因此,特种矿 2．粘土矿物在环境治理中的应用 虽然物质文明提高、人类在创造物质文明的同时，也在不断破坏人类赖以生存的空间环境，地球温室效应、酸雨现象、高新技术产生的污染、臭氧层的穿孔、地球资源的枯竭、废弃物的增加等对地球环境的破坏越来越严重，保护环境、治理环境、有机地协调经济发展与生态环境保护已成为我国21世纪可持续发展的战略目标的重要内容。随着“在原料采用、产品制造、使用或者再生循环以及废料处理等环节中对地球负荷最小和最有利于人类健康的材料”绿色材料新概念的提出，矿物材料不仅是绿色材料主要组成，而且在环境保护和环境治理中起着重要的作用。 2.1矿物材料在治理空气污染中的应用 大气污染系指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现足够的浓度，达
粘土矿物分析在储层潜在敏感性评价中的应用
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钻井泥浆、精炼石油的催化剂和漂白剂、铁矿球团的粘结剂和铸形砂粘合剂；凹凸棒石粘土和海泡石粘土是制造抗盐泥浆的优质原料、油脂的脱色剂和吸收剂。 下面我们介绍一下常见的几种粘土矿物： 1、蒙脱石
粘土矿物在环境保护中的应用研究
粘土矿物在环境保护中的应用 黏土的用途黏土 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,因而在诸多领域的应用受到限制。随着科学技术的发展,矿物材料正在向轻型、高纯、精细和复合方向发展,具有特殊功能的矿物材料已成为新型材料和应用技术研究开发的主流。因此,特种矿 2．粘土矿物在环境治理中的应用 虽然物质文明提高、人类在创造物质文明的同时，也在不断破坏人类赖以生存的空间环境，地球温室效应、酸雨现象、高新技术产生的污染、臭氧层的穿孔、地球资源的枯竭、废弃物的增加等对地球环境的破坏越来越严重，保护环境、治理环境、有机地协调经济发展与生态环境保护已成为我国21世纪可持续发展的战略目标的重要内容。随着“在原料采用、产品制造、使用或者再生循环以及废料处理等环节中对地球负荷最小和最有利于人类健康的材料”绿色材料新概念的提出，矿物材料不仅是绿色材料主要组成，而且在环境保护和环境治理中起着重要的作用。 2.1矿物材料在治理空气污染中的应用 大气污染系指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现足够的浓度，达到足够的时间，并因此而危害了人体健康，舒适感或环境。大气污染物按其存在状态可分为气溶胶污染物和气态污染物两大类。其中气态污染物在一定的条件下可转化为气溶胶态污染