第二章粘土矿物.pdfVIP

油田化学工程 李志勇 本课程学习要求及安排 课堂教学内容分为两大部分，第一部分主要讲授油田化学 的基础理论及共性部分，分三章：粘土矿物学、表面活性剂和 水溶性聚合物。第二部分为油田化学分论，分别讲钻井化学、 采油化学和集输化学。前面是理论基础，后边是应用。 第二章 粘土矿物及粘土化学基础 目的要求： 掌握粘土矿物的晶体构造和特点，以及常见的几种粘土矿物的性能特点。 掌握粘土矿物的带电性、吸附性、膨胀性和与有机物的相互作用。 重 点： 粘土矿物的晶体构造与性质。 难 点： 扩散双电层理论。 本章安排： 本章是油田化学的理论基础，后续章节的现象解释都建立在此基础上，因 此要求学生熟练掌握。 第一节 几种主要粘土矿物的晶体结构和特点 粘土的定义 粘土矿物的基本构造 粘土矿物 粘土电荷种类及产生的原因 粘土的定义 通常认为粘土是由极细的粘土矿物组成，其颗粒小于 2μm。在水中具有分散性、带电性和离子交换性。 粘土矿物就是通常构成岩石和土壤细粒部分（2 μm）的 ‘’ 主要成分的矿物。一般情况下粘土矿物是细分散的、含水的 层状构造硅酸岩矿物和层链状构造硅酸岩矿物及含水的非晶 质硅酸岩矿物的总称。 通过对粘土进行化学分析表明粘土主要含有氧化硅SiO2 、 氧化铝Al O 和水，还含有少量的铁、碱金属和碱土金属。实 2 3 际上粘土矿物就是含水的铝硅酸盐。 粘土矿物的基本构造 基本构造单元 基本构造单元片 基本结构层 组成各种粘土矿物 一、基本构造单元及基本构造单元片 体 面 四 氧 硅 体 面 八 氧 铝 硅氧四面体由一个硅等距离地配上四个比 它大得多的氧构成。底氧和顶氧。 铝氧八面体由一个铝与六个氧（或羟基） 配位而成。 Si、O四面体堆积图 四面体连接的透视示意图/硅氧四面体片 四面体的平面投影图 四面体晶片俯视图/硅氧四面体的六方网格结构 八面体连接的透视图/铝氧八面体片 铝氧八面体 铝 氧（羟基） 粘土矿物的基本构造 二、基本结构层 粘土矿物的基本结构层（单位晶层）是由硅氧四面体片与铝氧八面体片按不同 比例结合而成。 1、1:1层型基本结构层 由一个硅氧四面体片与一个铝氧八面体片结合而成，它是层状构造的硅铝酸盐 粘土矿物最简单的晶体结构。 五层原子面：一层硅面，一层铝面和三层氧（或羟基）面；典型矿物：高龄石 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 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。 粘土矿物 粘土矿物有高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石、坡缕石等。 一、高岭石（Kaolinite） 在高岭石的结构中，晶层的一面全部由氧组成，另一面全部由羟基组成。晶层之间 通过氢键紧密联结，水不易进入其中。 晶格取代：硅氧四面