黏土矿物学

第一章黏土矿物的晶体化学特征1

第一节基本结构单元1

第二节基本结构层3

第三节层间域、层间物、层电荷和单位结构4

第四节有序-无序和多型5

参考文献6

第二章黏土矿物分类与命名7

第一节分类7

第二节命名9

参考文献12

第三章黏土矿物族的晶体结构特征13

第一节蛇纹石-高岭石族 13

第二节滑石-叶腊石族 21

第三节云母族24

第四节蒙皂石-蛭石族32

第五节绿泥石族39

第六节坡缕石-海泡石族46

第七节间层矿物48

参考文献56

第四章黏土矿物的物理化学性质58

第一节基本概念58

第二节吸附性65

第三节膨胀性68

第四节黏土胶体的流变性质71

第五节黏土-有机质相互作用71

参考文献73

第五章黏土矿物的成因和分布74

第一节风化黏土矿物74

第二节自生黏土矿物78

第三节成岩黏土矿物82

第四节蚀变黏土矿物84

参考文献86

第六章黏土矿物的分离提纯技术方法87

第一节分散87

第二节分离88

第三节分离程序简介92

参考文献95

第七章黏土矿物的研究方法96

第一节X射线衍射分析96

第二节透射电子显微镜分析106

第三节傅里叶变换红外光谱分析111

第四节热分析115

第五节比表面积和孔隙率121

参考文献128

第八章黏土矿物的应用138

第一节概述138

第二节黏土矿物的传统应用140

第三节纳米复合材料和催化剂149

第四节黏土与环境保护和人类健康157

第五节沉积黏土矿物在地质测年方面的应用168

第六节黏土矿物重建古环境气候的应用170

第七节黏土矿物在油气地质方面的应用178

第八节宝玉石中的黏土矿物189

参考文献200

附录1常见黏土矿物粉晶X射线衍射数据211

附录2黏土矿物中英文名称对照表227

附录3常见黏土矿物的扫描电镜照片228 2100433B

《黏土矿物学》一书从黏土矿物的晶体化学特征、分类命名、黏土矿物各族的晶体结构特征、物理化学性质、成因与分布、分离提纯技术、研究方法和应用现状等八个方面对黏土矿物进行系统论述，涉及蛇纹石-高岭石族、滑石-叶腊石族、云母族、蒙皂石-蛭石族、绿泥石族 、坡缕石-海泡石族和间层矿物等黏土矿物各族的晶体结构，以及黏土矿物的四类成因类型，即风化型、自生型、成岩型和蚀变型。力图将近年来黏土矿物发展以及在各领域的应用研究现状尽可能全面系统地呈现给读者，为读者学习黏土矿物学和从事黏土矿物的科学研究提供方便。

本书可作为地球科学、材料科学、土壤科学、环境科学等学科的本科生和研究生教材，也可作为相关领域科研人员的参考书和工具书。

本书是一本颇有新意的矿物学教材。作者把现代科学中各基础学科的重要进展与矿物学紧密结合起来，特别是使结构矿物学、矿物物理、矿物化学、矿物热力学及成因矿物学等方面的基本理论得到了充实、扩展，使矿物学这门古老的学科充满了活力，并富有魅力。

矿物各论部分用列表方式提供了常见及重要矿物的全部矿物学数据。

本书图件精确、美观，特别是矿物晶体结构的立体对图尤为突出，你可在立体镜下看到矿物晶体结构的立体构形，形象生动。

本书是从事矿物学教学的师生的重要参考教材。研究人员参考之亦必受益非浅。

（一）矿物组成

为便于研究黏土的矿物组成，根据其性质和数量可分成两大类，即黏土矿物和杂质矿物。

黏土矿物的种类和性质已如前所述，主要为高岭石类、蒙脱石类和伊利石类，以及较少见的水铝英石等。

除此之外，在黏土形成过程中，常由于岩石风化未完全，或由于其它因素而混入一些非黏土矿物和有机物质，这些物质我们统称为杂质矿物。杂质矿物通常以细小晶粒极其集合体分散于黏土中，常会影响甚至决定黏土的工艺性能。

杂质矿物的类别及其影响：

1）石英和母岩残渣。这些杂质一般以较粗颗粒混在黏土中，对黏土的可塑性和干燥后强度产生很大影响。工厂多采用淘洗法除去粗颗粒杂质。

2）碳酸盐及硫酸盐类。细颗粒的碳酸盐分布在黏土中对其影响不大，碳酸盐在高温下可分解出CaO、MgO，起熔剂作用，能降低陶瓷的烧成温度。较多的硫酸盐在氧化气氛中容易引起坯泡。

3）铁和钛的化合物。这类杂质矿物能使坯体呈色，降低黏土的耐火度，也会严重影响制品的介电性能、化学稳定性等。

4）有机杂质。黏土中存在少量的有机杂质，可以增加黏土的可塑性和泥浆的流动性，但有机物质过多时也可能会造成瓷器表面起泡与针孔。

（二）化学组成

由于黏土中的主要黏土矿物都是含水的铝硅酸盐。此外，还有少量的碱金属氧化物以及碱土金属氧化物等。

一般黏土原料的化学分析如包括以上九个项目，即已满足生产上的参考需要。

（三）颗粒组成

是指黏土中含有不同大小颗粒的质量分数。

为什么黏土中的细颗粒愈多愈好？由于细颗粒的比表面积大，其表面能也大，因此黏土中的细颗粒愈多时，则其可塑性愈强，干燥收缩大，干后强度高，在烧成时也易于烧结，烧后的气孔率也小，有利于成品的力学强度、白度和半透明度的提高。

此外，黏土的颗粒形状和结晶程度也会影响其工艺性质。片状结构比杆状结构的颗粒堆积致密，塑性大、强度高；结晶程度差的颗粒可塑性也大。

测定黏土原料颗粒大小的方法很多，有用显微镜、水簸法、浑浊计法、吸附法等。最简单和最普通的方法是筛分析（0.06mm以上）与沉降法（1~50um）。

黏土的化学组成、矿物组成和颗粒组成决定着黏土的工艺性能：

黏土壤土可塑性

黏土与适量的水混合后形成泥团，在外力的作用下，泥团发生变形但不开裂，外力散去后，仍能保持原有形状不变，黏土的这种性质称为可塑性。

黏土壤土结合性

黏土的结合性是指黏土结合非塑性原料而形成良好的可塑泥团并且有一定的干燥强度的能力。黏土的结合性对于半成口的干燥、修坯和上釉存在着重要的影响。黏土垢结合性由其结合瘠性料的结合力的大小所决定的，而结合力的大小又和黏土矿物的种类、结构等因素相关。一般来讲，可塑性强的黏土，其结合力也大。

黏土壤土触变性

黏土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，黏度会降低，而其流动性则会增加，静止后逐渐恢复原状。此外，泥浆放置一段时间后，在保持原水分不变的条件下也会出现变稠和固化的现象。黏土的这种性质称为触变性。

黏土壤土收缩

黏土泥料在一定温度下干燥时，由于颗粒间水分的排出，颗粒之间相互靠拢以及颗粒间距缩短而引起的体积收缩，称为干燥收缩。干燥后的黏土泥料经过高温煅烧时，由于发生诸如脱水作用、分解作用、莫来石的生成、石英的晶型转化、易熔杂质的转化以及各类熔融物填充质点间空隙等一系列物理化学变化，使得黏土泥料进一步收缩，称为烧成收缩。成型黏土样品经过干燥和煅烧后的尺寸总变化称为总收缩。

黏土壤土烧结

黏土是由多种矿物混合而成的，没有固定的熔点，而是在一定的温度范围内逐渐软化。

当黏土在加热煅烧的过程中，到达一定温度（800℃~900℃）后，继续升高温度时，黏土中低共熔物质开始熔化，液相出现并逐渐增加，填充在固体颗粒之间，由于液相表面张力的作用，使得未熔颗粒进一步靠拢，引起体积急剧的收缩，气孔率下降，密度提高，这种对应体积开始急剧变化时的温度称为开始烧结温度。

当温度继续升高时，收缩将不断增大至最大值，气孔率降至最小值，密度达到最大值，黏土完全烧结，此时对应的温度称为烧结温度。