粘土矿物学-2(200706)
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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)2H2OAl2Si2O3 (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。
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。
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)。
粘土是一种重要的矿物原料粘土是一种重要的矿物原料。
由多种水合硅酸盐和一定量的氧化铝、碱金属氧化物和碱土金属氧化物组成,并含有石英、长石、云母及硫酸盐、硫化物、碳酸盐等杂质。
粘土矿物的颗粒细小,常在胶体尺寸范围内,呈晶体或非晶体,大多数是片状,少数为管状、棒状。
粘土矿物用水湿润后具有可塑性,在较小压力下可以变形并能长久保持原状,而且比表面积大,颗粒上带有负电性,因此有很好的物理吸附性和表面化学活性,具有与其他阳离子交换的能力。
工业用粘土矿有高岭土、膨润土(主要组成为蒙脱石)、活性白土(组成不定)等。
高岭土最早由中国在江西高岭村开采,用来制造陶瓷。
膨润土于1888年在美怀俄明州开始开采,活性白土于1906年在美国得克萨斯州首次开采。
粘土矿广泛分布于世界各地的岩石和土壤中。
世界膨润土矿资源为 1.3Gt以上,主要分布于美国和加拿大。
高岭土矿储量约 1.6Gt,主要分布于中国、美国、苏联、墨西哥、西班牙等国。
中国是高岭土资源十分丰富的国家,矿质优良、成因类型齐全,主要产地有江苏苏州、湖北均县、四川叙永县等地。
活性白土主要产于美国和加拿大。
高岭土的加工大多采用湿法。
矿石经破碎、洗矿、浆化、除砂、分级、精选、漂白、过滤,最后经喷雾干燥得产品。
膨润土矿的加工仅需简单的粉碎技术以及除去水分等挥发物,先将矿石粉碎、浆化,然后采用沸腾床干燥器干燥,再经粉碎、筛分得产品。
活性白土是将膨润土脱水,加入硫酸活化、分离、水洗、过滤、干燥、粉碎后制得产品。
高岭土主要用于制造陶瓷和耐火材料。
造纸工业中使用大量高岭土作造纸填料和涂层,以提高纸张强度并降低透明度,还用于制造无碳纸。
膨润土主要用作石油钻井泥浆成分。
活性白土用于动植物油、工业用油、机械润滑油、石脑油等的漂白。
在金属加工中大量的膨润土用作金属铸造翻砂粘合剂。
另外,高岭石和多水高岭石粘土矿还可用作生产汽油的催化剂。
粘土是配制钻井液的重要原材料,它的主体矿物为粘土矿物,粘土矿物的结构和基本特性是钻井液的性能及其控制与调整密切相关。
粘土矿物考研名词解释
粘土矿物(Clay minerals)是一类存在于地球表面或地下的矿物,主要由硅酸盐矿物组成,含有氢氧根、羟根或氧根的负电荷。
粘土矿物可以分为几十种不同的类别,常见的有蒙脱石、伊利石等。
粘土矿物具有一些特殊的物理和化学性质,使其在地质、环境和工程方面具有重要的应用价值。
首先,粘土矿物具有吸附性能,能吸附和储存大量的水分、有机物和离子,因此被广泛应用于水净化、土壤改良和储存核废料等方面。
其次,粘土矿物还具有塑性和可塑性,可以通过调整含水量和粒度分布来改变其形态和力学性质,因此在陶瓷制造、地质工程和岩土工程等领域中得到广泛应用。
此外,粘土矿物还可以用于催化剂、药物传递系统和电子领域等方面。
在考研中,粘土矿物常常在地质学、矿床学和环境科学等学科的研究中被提及,在了解其性质和应用方面的基础上,有助于理解地球表面和地下的地质过程、矿床形成和环境变化等问题。
黏土矿物学是研究黏土矿物的化学成分、结构、物理性质、成因、分类、地质意义和应用等方面的学科。
黏土矿物是指具有层状结构、层间距较小、层间吸附能力强、化学性质稳定等特点的矿物。
常见的黏土矿物有高岭土、伊利石、蒙脱石、膨润土等。
黏土矿物学主要研究以下方面内容:
1.黏土矿物的化学成分和结构:研究黏土矿物的化学成分和晶体结构,了解其成因和演化过程。
2.黏土矿物的物理性质:研究黏土矿物的物理性质,如颜色、硬度、密度、熔点、热稳定性等,以及它们对环境变化的响应。
3.黏土矿物的分类:根据黏土矿物的化学成分、晶体结构和物理性质等特征,对其进行分类和命名。
4.黏土矿物的地质意义:研究黏土矿物在地质过程中的作用和意义,如沉积作用、成岩作用、变质作用等。
5.黏土矿物的应用:研究黏土矿物的应用领域,如陶瓷制造、橡胶工业、建筑材料、土壤改良等。
黏土矿物学在地质学、材料科学、环境科学、化学工程等领域都有广泛的应用。