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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，品体结构，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H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［SiCU］四面体组成的（Si2O5） n层和一层由铝氧八面体组成的A1O（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 把粘土屮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咼岭石类 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:A120s ? 2S102 ? 2H20,其晶体结构式是：Ah(SiQo)(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(SiOJ和一层铝氧八面体［A102(0H).J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 疑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。高岭石品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oir 中的H?可以被K?或等离子所取代。结晶差的晶体中，晶格内部的部分八卢可 以被Ti?或Fe‘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，烧后逾洁口，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。反乙杂质愈多，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。若不考虑品格中的A13+和Si4+被其它离子置换时，蒙脱石的理论 化学通式为A1-A ? 4SiO2 - nH2O（n通常大于2）。它的晶体结构式是Ah（Si8O20） (OH) 4 ? nH20. 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0. 5um,结晶程 度差，轮廓不清楚。蒙脱石的特性是能够吸收人量的水，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［A102（0II）訂八面体。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 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小部分可被