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粘土矿物

粘土矿物是组成粘土岩和土壤的主要矿物。它们是一些含铝、镁等为主的含水硅酸盐矿物。除海泡石、坡缕石具链层状结构外,其余均具层状结构。颗粒极细,一般小于0.01毫米。加水后具有不同程度的可塑性。粘土矿物主要包括高岭石族、伊利石族、蒙脱石族、蛭石族以及海泡石族等矿物。粘土矿物主要用作陶瓷和耐火材料,并用于石油、建筑、纺织、造纸、油漆等工业。

粘土矿物

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:

1、粘土矿物可塑性

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。

2、粘土矿物结合性

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。

4、粘土矿物收缩

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。

5、粘土矿物烧结

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。

常见的粘土矿物主要有:

1、粘土矿物高岭石

高岭石的化学成分为Al4(SiO4O10)(OH)8,一般有少量的Mg、Fe、Cr、Cu等代替八面体中的Al。高岭石是结构层为1:1型的二八面体层状结构硅酸盐,属蛇纹石-高岭石族的二八面体亚族,多呈隐晶质、分散粉末状、疏松块状集合体;白或浅灰、浅绿、浅黄、浅红等颜色,条痕白色,土状光泽;莫氏硬度2-2.5,密度为2.60-2.63g/cm3。

2、粘土矿物蒙脱石

蒙脱石又名微晶高岭石或胶岭石,其结构层为2:1型、层间具有水分子和可交换阳离子的二八面体型铝硅酸盐。以蒙脱石为主要矿物成分的黏土称为膨润土。

蒙脱石的化学式为Ex·nH2O{(Al2-xMgX)[(Si,Al)4O10](OH)2},式中E为层间可交换的阳离子,主要为Ca2+、Na+、Mg2+、K+,x为E作为一价阳离子时单位化学式的层电荷数,一般变化在0.2-0.6。

蒙脱石矿物属单斜晶系。通常呈土状块体。白色,有时带浅红、浅绿、淡黄等色。光泽暗淡。硬度为1。密度约为2g/cm3。吸水性强,吸水后其体积能膨胀增大几倍到十几倍,具有很强的吸附力和阳离子交换性能。

3、粘土矿物凹凸棒石

又称坡缕石,是一种含水富镁铝的硅酸盐黏土矿物,具有2:1型链层状结构,属于海泡石族。理想的化学分子式为:Mg5Si8O20(OH)2(OH2)44H2O,化学成分理论值为MgO23.83%,SiO256.96%,H2O19.21%。

凹凸棒石粘土为土状块体构造,颜色为灰白色、青灰、微黄或浅绿,油脂光泽,比重轻(2.0-2.3g/cm3),摩氏硬度2-3级,潮湿时呈粘性和可塑性,干燥收缩小,且不产生龟裂,吸水性强,可达到150%以上,pH=8.5±1,由于内部多孔道,比表面大,可达500m2/g以上,大部份的阳离子、水分子和一定大小的有机分子均可直接被吸附进孔道中,电化学性能稳定,不易被电解质所絮凝,在高温和盐水中稳定性良好。

4、粘土矿物海泡石

海泡石是一种富镁硅酸盐粘土矿物。其理论化学式为Mg8[Si2O30](OH)412H2O,水分子中有4个为结晶水:其余为沸石水。SiO2含量54-60%,MgO21-25%,并常含有少量铁、锰等元素。外观有两种,土状或纤维状。硬度2-2.5,密度2.2g/cm3。干燥者可浮于水。颜色多变,一般为白、浅灰色,常见的还有浅红、淡黄,褐色等。

根据其产出形态特征,大体可分为土状海泡石(或称之为海泡石粘土)和块状海泡石。海泡石的矿物结构与凹凸棒石大体相同,都属链状结构的含水铝镁硅酸盐矿物。在链状结构中也含有层状结构的小单元,属2:1层型,所不同的是这种单元层与单元层之间的孔道不同。

5、粘土矿物累托石

累托石是二八面体云母和二八面体蒙脱石1:1规则间层粘土矿物,晶体化学通式为:Kx(H2O){Al2[AlxSi4-xO10](OH)2}。因累托石的晶体结构中含有膨胀性的蒙脱石晶层,晶体结构式可分为云母层和蒙脱石层二部分。

累托石多呈土状、细片状、席草状,有滑感,质地疏松,遇水膨胀,解离成泥糊状。一般粒度细小,色浅,有灰白、灰绿、褐黄色等;具珍珠—油脂光泽;密度随含水量变化,无水时为2.8g/cm3,含水多时可低到1.3g/cm3;硬度小于1。不同产地的累托石外观性质变化大。累托石具有耐高温(耐火度达1660℃)以及粘性、塑性、分散性、膨胀性、吸附性、水化性、阳离子交换性、胶体双层与电动电位等性质。

6、粘土矿物硅藻土

硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩,主要由古代硅藻遗骸组成,其化学成分主要是SiO2,含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5和有机质。SiO2通常占80%以上,最高可达94%。优质硅藻土的氧化铁含量一般为1-1.5%,氧化铝含量为3-6%。

硅藻土的矿物成分主要是蛋白石及其变种,其次是粘土矿物—水云母、高岭石和矿物碎屑。矿物碎屑有石英、长石、黑云母及有机质等。有机物含量从微量到30%以上。

硅藻土的颜色为白色、灰白色、灰色和浅灰褐色等,有细腻、松散、质轻、多孔、吸水和滲透性强的特性。松散密度为0.3-0.5g/cm3,莫氏硬度为1-1.5(硅藻骨骼微粒为4.5-5mm),孔隙率达80-90%,能吸收其本身重量1.5-4倍的水,是热、电、声的不良导体,熔点1650-1750℃,化学稳定性高,除溶于氢氟酸以外,不溶于任何强酸,但能溶于强碱溶液中。

7、粘土矿物伊利石

伊利石是一种层状硅酸盐云母类粘土矿物,又称之为水白云母,含有结构水和多量的吸附水,化学式为K1Al2[(Al,Si)Si3O10(OH)2nH2O],单斜晶系,多呈鳞片状块体,颜色为白色、灰白色、浅灰石、浅黄绿色;新鲜(矿石)硬度1,采出后多变为1.5-2;油脂光泽,微半透明,贝壳状断口,密度为2.6-2.9g/cm3,不具膨胀性及可塑性,耐热程度不高,在500-700℃失去化合水,750℃全脱水,伊利石晶体结构遭破坏。

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