镁硅酸盐矿物的晶体结构和基本性质

中-C2S、-C2S（Ca2SiO4）和C3S（Ca3SiO5）等。
镁橄榄石Mg2[SiO4]结构
属斜方晶系，空间群Pbnm
晶胞参数 a=0.476nm，b=1.021nm，c=0.599nm
晶胞分子数 Z=4
O2-近似于六方最紧密堆积排列（即ABAB……层
序堆积），Si4+填充1/8四面体空隙；Mg2+填充1/2八面
一、硅酸盐晶体组成表征、结构特点及分类
硅酸盐晶体化学组成复杂，常采用两种方法表征：
氧化物表示法 无机络盐表示法（结构式）
氧化物表示法：按一定比例和顺序写出构成硅酸盐 晶体所有氧化物，先1价碱金属氧化物，其次2价、3价金 属氧化物，最后SiO2。 如，钾长石化学式： K2O· Al2O3· 6SiO2； 无机络盐表示法：按一定比例和顺序全部写出构成 硅酸盐晶体所有离子，再用 [ ]将相关络阴离子括起，先 是1价、2价金属离子，其次Al3+和Si4+，最后O2-或OH-。 如，钾长石：K[AlSi3O8]。
……7 节链等 7 种类型， 2 节链以 [Si2O6]4- 为结构单
元无限重复，化学式为[Si2O6]n4n-。
双链：两条相同单链通过尚未共用的氧组成带 状，2节双链以[Si4O11]6-为结构单元向一维方向无 限伸展，化学式为[Si4O11] n6n-。
（a）单链结构；（b）双链结构；（c）（d）（e）为从箭头方向观察所得的投影图
六节环：绿宝石Be3Al2[Si6O18]
绿宝石Be3Al2[Si6O18]结构
六方晶系，空间群P6/mcc，
晶胞参数：a=0.921nm，c=0.917nm 晶胞分子数Z=2，如图1-34。
基本结构单元是由6个[SiO4] 组成六节环，其中1

的O2-均为桥氧，无活性氧， 电价平衡，实际上是氧化 物SiO2。
‫ڻ‬以SiO2为例讨论，SiO2分
为三类晶型（石英、鳞石 英、方石英）七种变体。
目录
上页
下页
退出
（1）α-方石英结构
立方晶系，Fd3m 空间群， a=0.705nm，Si4+在立方 晶胞中的配置与金刚石 构造中的相同，而 O2-位于每两个 Si4+之间， Si4+、O2-均作面心立方排 列。
结构式Mg6[Si4O10]（OH）
8

结构组成：相当于在高 岭石结构中，用Mg2+取 代Al3+，为保持电价平
衡，需用3个Mg2+取代2
个Al3+
目录
上页
下页
退出
4、叶腊石类 (属三层结构) 主要有叶腊石、蒙脱石、 滑石。
叶腊石
构成：将高岭石的双层结
构再加上一层[SiO4]四面
体层。
成分：Al2O3· 4SiO2· 2O H
目录 上页 下页 退出

3）四面体不相连，八面体共棱相连。

4）Si-O形成[SiO4]四面体，弧立存在，由
[MgO6]连接起来。 5）Si-O→[SiO4]，Mg-O→[MgO6]

目录
上页
下页
退出
（2)
结构特点
1）各[SiO4]4- 是单独存在的，其顶角相互地朝上朝下。 ２）各[SiO4]4-四面体只通过O-Mg-O键连接一起。
目录
上页
下页
退出
（2）叶蛇纹石 又称岫玉， 形成于镁质碳酸岩的变质大 理石中，全国最大的蛇纹石 玉矿在辽宁省岫岩县哈达碑 镇瓦沟，岫岩玉以绿色为主， 还有红、黄、白、青、蓝、 紫色和墨绿、淡黄、乳白色。 可谓七彩斑斓，五光十色。 硬度一般介于3.5至5之间。

16
绿宝石结构分析（Be3Al2[Si6O18] 或 3BeO· 2O3 · 2) （Si : O=1: 3） Al 6SiO 属六方晶系，P6/mcc空间群，a=0.921nm，c=0.917nm，Z=2； 在绿宝石结构中，[SiO4]四面体形成六节环，环与环之间靠[BeO4] 四面体中的Be2+和[AlO6]八面体中的Al3+连接。 如图2-61所示为绿宝石结构在（0001）面上1/2个晶胞的投影。在c 轴高度上还有一半未画出。
双四面体
三元环
四元环
六元环
5
(3) 链状 单链 ：[SiO4]彼此共用两个顶点， 在一维方向上连结成无限的长链， 每一四面体仍有2个活性氧，借 此与存在于链间的金属离子相连， Si/O=1:3； 双链 ：双链是由两个单链通过共 用氧平行连接而成，或者看成是 单链通过一个镜面反映而得。 Si/O=4:11
22
透辉石CaMg [Si2O6] 的结构（CaO•MgO•2SiO2 ） 属单斜晶系，C2/c空间群，a=0.975nm，b=0.890nm，c=0.525nm，=105°37´ ， Z =4；图2-63为透辉石结构在（010）和（001）面的投影。 各硅氧链平行于c轴伸展，沿c轴链中[SiO4]的位置是一个向上一个向下更迭地 排列着，以粗黑线和细黑线分别表示两个重叠的硅氧链(稍有移动)。
[BeO4]与[AlO6]共棱 相连； [BeO4]与 [SiO4]、 [AlO6]与 [SiO4]共顶 相连
19
（4）以标高为50的Si4+和O2-处作一反射面，就可得到晶胞的另一半，即单位晶 胞中有2个绿宝石分子。
绿宝石结构对性能的影响：
由于结构中有较大的环形孔隙， 当有半径小、电价低的离子 （K+，Na+）存在时，呈现出 离子导电。

实验3 硅酸盐矿物的晶体结构一、实验目的：巩固硅酸盐矿物的晶体结构知识。

二、硅酸盐晶体结构概述硅酸盐晶体按结构中硅氧四面体的连接方式，可以分为岛状、组群状、链状、层状和架状五种。

1. 岛状结构岛状结构硅酸盐晶体中硅氧四面体以孤立形式存在，硅氧四面体之间没有共用的氧。

典型的矿物是镁橄榄石，其结构如图3-1所示。

镁橄榄石（Mg2SiO4）的晶体结构属正交晶系Pbmm空间群，a0=0.476nm，b0=1.021nm，c0=0.598nm，Z=4。

镁橄榄石的结构中O2-近似于六方紧密堆积，Si4+充填在四面体空隙，Mg2+充填于八面体空隙，硅氧四面体之间由Mg2+按镁氧八面体的方式相连。

图3-1 镁橄榄石晶体理想结构图3-2 绿宝石的晶体结构2. 组群状结构组群状结构是指硅氧四面体以两个、三个、四个或六个，通过共用氧连成硅氧四面体群体，群体之间由其它阳离子按一定的配位形式将它们连接在一起。

典型的矿物是绿宝石，其晶体结构如图7-2所示。

绿宝石（Be3Al2[Si6O18]）的晶体结构属于六方晶系P6/mcc空间群，a0=0.921nm，c0=0.917nm，Z=2。

绿宝石的基本结构单元是六个硅氧四面体形成的六节环，六节环之间由Al3+和Be2+相连。

六节环中的四面体有两个氧是共同的，它们与硅氧四面体中的Si4+处于同一高度。

图7-2中示出了八个这样的六节环，上面四个和下面四个错开30 排列，上下叠置的六节环内形成了一个巨大的通道，可以存在一些如K+、Cs+等大的阳离子以及H2O分子。

Al3+的配位数为6，形成Al-O八面体，Be2+的配位数为4，构成Be-O四面体。

3. 链状结构硅氧四面体可以由共用氧离子相连，在一维方向延伸成链状，链与链之间再通过其它阳离子按一定的配位关系连接而形成链状结构。

透辉石（CaMg[Si2O6]）是具有链状结构的硅酸盐矿物之一，其晶体结构属于单斜晶系C2/c空间群，a0=0.9746nm，b0=0.8899nm，c0=0.5250nm， 37’，Z=4。

2、根据Si-O四面体在空间的连接情况
(3) 层状硅酸盐 layered silicates
9
二、硅酸盐矿物的分类
2、根据Si-O四面体在空间的连接情况
(4) 架状硅酸盐 network silicates
10
三、硅酸盐的结构
1、岛状硅酸盐 Island silicates (limited Si-O group) (1) 单一硅氧团（孤立有限硅氧团）
举例：
• 能“爆米花”的矿物和岩石
• 能吸水膨胀的膨润土
20
4、骨架状硅酸盐 Network silicates
(1). 硅石 silica（石英） SiO2 硅氧四面体在空间组成的三维网 络状结构
方石英结构特征：
• FCC点阵，Si4＋排成金刚石结构， O2－位于<111>方向上 的一对Si4＋之间，形成桥氧； Si4＋位于O2－的四面体间隙， O2－四面体在空间通过桥氧相连，形成三维网络结构 • 所有的氧均为桥氧
13
(2) 含成对的硅氧团
• = O/Si＝3.5
• 硅钙石 Ca3(Si2O7)，即3CaO· 2SiO2，正交晶系
14
(3) 含环状硅氧团
• 三节环：(Si3O9)6－ • 四节环：(Si4O12)8－
• 六节环：(Si6O18)12－
= O/Si＝3
代表性矿物：
绿柱石 Be3Al2[Si6O18] 堇青石 cordierite 2MgO· 2O3· 2Al 5SiO2
15
2、链状硅酸盐 Chained silicates
由大量的[SiO4]4－共顶连接而成的一维结构
(1) 单链：结构单元[SiO3]2－, = O/Si＝3

分布区域
地壳中：硅酸盐矿物是地壳中最常见的矿物之一，广泛分布于各种地质环境中。
海洋中：硅酸盐矿物在海洋中也有分布，如硅藻土、海绿石等。
生物体中：硅酸盐矿物在生物体中也有分布，如骨骼、牙齿等。
工业生产中：硅酸盐矿物在工业生产中也有广泛应用，如玻璃、陶瓷、水泥等。
形成过程
பைடு நூலகம்
硅酸盐矿物的形成与地壳中的元素组成、温度、压力、水等条件有关。
硅酸盐矿物作为冶金原料，用于生产钢铁、铝、铜等金属
添加标题
硅酸盐矿物作为耐火材料，用于冶金炉衬、耐火砖等
添加标题
硅酸盐矿物作为熔剂，用于冶炼金属和合金
添加标题
硅酸盐矿物作为脱氧剂，用于冶炼过程中去除金属中的氧元素
添加标题
硅酸盐矿物在科学研究中的意义
05
在地质学研究中的意义
硅酸盐矿物是地球岩石的主要成分，研究其化学成分和应用有助于了解地球的演化历史。
制备工艺
原料选择：选择合适的硅酸盐矿物原料
制备方法：选择合适的制备方法，如高温熔融、水热合成等
反应条件：控制反应温度、时间、压力等条件
产物处理：对制备出的硅酸盐矿物进行清洗、干燥等处理
性能测试：对制备出的硅酸盐矿物进行性能测试，如硬度、耐磨性等
影响因素
反应时间：反应时间对硅酸盐矿物的合成与制备的影响
硅酸盐矿物在陶瓷生产中起到粘结、成型、烧结等作用
在玻璃工业中的应用
硅酸盐矿物是玻璃的主要原料之一
添加标题
硅酸盐矿物在玻璃生产中起到熔融、成型、冷却等作用
添加标题
硅酸盐矿物的种类和含量对玻璃的性能和品质有重要影响
添加标题
硅酸盐矿物在玻璃工业中的应用广泛，包括建筑玻璃、汽车玻璃、电子玻璃等

4-34
2022/2/1
层状结构示意图
a=0.52nm
2022/2/1
a=0.90nm
➢
中、小半径的阳离子Mg2+、Fe2+、Fe3+、
Al3+ 等，形成二维连续的六配位的铝氧八面体结构
层或镁氧八面体结构层。将八面体划分为两种类型：
➢ 其一为三八面体层；具有与氢氧镁石Mg （OH）2结构相同的特点，故又称氢氧镁石层；
•
为绿柱石矿物的一种，因具特殊晶莹的“祖母绿色”被誉为“
绿色宝石之王”，据说其绿色之美，任何绿色以宝石皆望尘莫及。
以翠绿、皆为佳，优质绿祖母绿均产于哥伦比亚。
2022/2/1
绿柱石
2022/2/1
绿柱石和云母
链状硅酸盐Chain Silicates (InInoos-i: lfirocmatGersee)k
2022/2/1
SP3杂化
表 硅酸盐晶体结构分类
2022/2/1
硅酸盐结构示意图
2022/2/1
6
双四面体
此O被共用
结构单元 [Si2O8]8- —1O2-=[Si2O7]6-
2022/2/1
O10 O9
Si3 O6
O5
O3 Si2 O2
O9
O8 Si4
O7
O4
O3 Si1 O1
O10
Si3 O6
2022/2/1
单链结构示意图 Single chains
双链结构示意图 Double chain silicates
2022/2/1
透辉石 • 结构特征：单斜晶系
，C2/C空间群，
单链
2022/2/1
透闪石－Ca2Mg5Si4O11(OH)2

实验3 硅酸盐矿物‎的晶体结构‎一、实验目的：巩固硅酸盐‎矿物的晶体‎结构知识。

二、硅酸盐晶体‎结构概述硅酸盐晶体‎按结构中硅‎氧四面体的‎连接方式，可以分为岛‎状、组群状、链状、层状和架状‎五种。

1. 岛状结构岛状结构硅‎酸盐晶体中‎硅氧四面体‎以孤立形式‎存在，硅氧四面体‎之间没有共‎用的氧。

典型的矿物‎是镁橄榄石‎，其结构如图‎3-1所示。

镁橄榄石（Mg2Si‎O4）的晶体结构‎属正交晶系‎P bmm空‎间群，a0=0.476nm‎，b0=1.021nm‎，c0=0.598nm‎，Z=4。

镁橄榄石的‎结构中O2‎-近似于六方‎紧密堆积，Si4+充填在四面‎体空隙，Mg2+充填于八面‎体空隙，硅氧四面体‎之间由Mg‎2+按镁氧八面‎体的方式相‎连。

图3-1 镁橄榄石晶‎体理想结构‎图3-2 绿宝石的晶‎体结构2. 组群状结构‎组群状结构‎是指硅氧四‎面体以两个‎、三个、四个或六个‎，通过共用氧‎连成硅氧四‎面体群体，群体之间由‎其它阳离子‎按一定的配‎位形式将它‎们连接在一‎起。

典型的矿物‎是绿宝石，其晶体结构‎如图7-2所示。

绿宝石（Be3Al‎2[Si6O1‎8]）的晶体结构‎属于六方晶‎系P6/mcc空间‎群，a0=0.921nm‎，c0=0.917nm‎，Z=2。

绿宝石的基‎本结构单元‎是六个硅氧‎四面体形成‎的六节环，六节环之间‎由Al3+和Be2+相连。

六节环中的‎四面体有两‎个氧是共同‎的，它们与硅氧‎四面体中的‎S i4+处于同一高‎度。

图7-2中示出了‎八个这样的‎六节环，上面四个和‎下面四个错‎开30 排列，上下叠置的‎六节环内形‎成了一个巨‎大的通道，可以存在一‎些如K+、Cs+等大的阳离‎子以及H2‎O分子。

Al3+的配位数为‎6，形成Al-O八面体，Be2+的配位数为‎4，构成Be-O四面体。

3. 链状结构硅氧四面体‎可以由共用‎氧离子相连‎，在一维方向‎延伸成链状‎，链与链之间‎再通过其它‎阳离子按一‎定的配位关‎系连接而形‎成链状结构‎。

摘要：凹凸棒石是一种含水富镁的硅酸盐黏土矿物,具有层链状结构,结构中有着规整的孔道,是天然的一维纳米材料,其具有比表面积大、吸附性强等特点,已被广泛应用于陶瓷领域。

简述了凹凸棒石的晶体结构及其基本性质,包括吸附性、催化性、填充性、胶体性和悬浮性;分析了凹凸棒石在加热过程中的结构演变过程;综述了凹凸棒石在传统陶瓷和功能陶瓷中的应用现状,并展望了其未来的研究方向。

关键词：凹凸棒石;黏土;陶瓷;结构演变;吸附性;催化性;功能陶瓷0 引言凹凸棒石又名坡缕石,是一种含水富镁的硅酸盐黏土矿,具有2∶1层链状晶体结构,亦为天然的一维纳米材料。

我国凹凸棒石储量丰富,仅甘肃省临泽县已探明储量就高达4亿t,远景储量达10亿t,而国外的凹凸棒石总储量约为4 000万t。

凹凸棒石目前已被广泛应用于陶瓷、石油化工、造纸、建材、印染及环保等领域。

在陶瓷领域中,凹凸棒石表现出了巨大的应用潜力,与传统的黏土矿物相比,其不仅具有黏土的大部分特性,因结构的特殊性还使其拥有黏土所不具备的其他性能。

与氧化物功能陶瓷相比,在同等性能下,凹凸棒石陶瓷的成本更低,经济效益更好。

目前,凹凸棒石已被应用于陶瓷砖、吸附陶瓷和支撑材料等领域。

添加凹凸棒石可以显著提高材料的力学性能,包括抗弯强度、抗压强度和断裂韧性等。

此外,凹凸棒石还可以增强吸附陶瓷材料的吸附性。

本文介绍了凹凸棒石的结构及其性质,分析了温度对凹凸棒石结构的影响,综述了凹凸棒石在陶瓷领域的应用现状,并展望了其在陶瓷领域的发展方向。

1 凹凸棒石的结构和性质凹凸棒石的理论化学式为Mg5Si8O20-(OH)2-(OH2)4·4H2O,其基本单元由硅氧四面体双链组成,硅氧四面体在链间通过角顶的氧原子连结并上下交替排列,构成层链状结构。

由于硅氧四面体角顶的氧原子指向不同,产生了不连续的八面体片,从而形成了孔道,孔道截面尺寸约为0.37 nm×0.64 nm。

这些孔道沿凹凸棒石晶束有序排列,因此凹凸棒石具有较大的比表面积。

基本结构
由于其结构上的特点，种类繁多（硅酸盐矿物的基本结构是硅――氧四面体；在这种四面体内，硅原子占据 中心，四个氧原子占据四角。这些四面体，依着四面体，依着不同的配合，形成了各类的硅酸盐）。硅酸盐结构 众多、种类繁多：有岛状的橄榄石、层状的石英、环状的蒙脱石等。它们大多数熔点高，化学性质稳定，是硅酸 盐工业的主要原料。硅酸盐制品和材料广泛应用于各种工业、科学研究及日常生活中。
常见分类
例如：硅酸钠： 【 】 石棉：·3·4 【 】 长石： · ·6 【 】 普通玻璃的大致组成： 6 【 】 水泥的主要成分：3CaO· 【 】，2· 【 】 矿物学上，硅酸盐矿物按其分子结构分为以下类别： 橄榄石(单正四面体) -岛状硅酸盐类 绿帘石(double tetrahedra) -岛状硅酸盐类 电气石(rings of tetrahedra) -环状硅酸盐类 辉石(single chain) -链状硅酸盐类 角闪石(double chain) -链状硅酸盐类
谢谢观看
1仪器与试剂
仪器:家用微波炉。
试剂:水泥熟料标样;普通硅酸盐水泥标样;水泥生料标样;TEA(三乙醇胺)(体积配合比1:2);盐酸;KOH溶 液;EDTA标样;钙黄绿素-甲基百里香酚蓝-酚酞混合指示剂(CMP混合指示剂)。
2实验方法
(1)EDTA标液的标定
首先取一定体积的CaCO3溶液稀释8倍,如在实际的实验过程之中,吸取了10mL该溶液稀释至80mL,然后加入适 量的CMP混合指示剂,在磁力搅拌器搅拌的作用下滴加200g/L的KOH溶液之后一直到出现绿色荧光之后再滴定过量 2mL左右。以EDTA标液滴定溶液滴定至绿色荧光消失且呈现红色。
(2)样品的消解
a.首先对水泥熟料标样或普通硅酸盐水泥标样的消解:称取0.1000g已于105～110℃烘过两个小时的水泥熟料 标样或是普通硅酸盐水泥标样,放入400mL的烧杯之中,加入20～30mL的蒸馏水与3～4mL体积配合比为1:1的盐酸 溶液中对样品进行溶解,盖上表面皿,放入微波炉加热消解,取出,冷却至室温,定容于100mL的容量瓶之中,待用。

角闪石族石棉 自然界中的石棉主要有两类，一为蛇纹石石棉（也称温石棉石族中的呈纤维状的矿物，统称角闪石石棉。即为：
斜方角闪石亚族：直闪石石棉 单斜面角闪石亚族：镁铁闪石石棉 铁闪石石棉 透闪石石棉 阳起石石棉 镁钠闪石石棉 高铁钠闪石石棉（青石棉） 钠铁闪石石棉 蓝透闪石石棉 工业上对石棉的要求：纤维长、劈分性好、质地柔软、搞拉性 大、耐酸、酸碱、耐高温。
其中M2的位置对于辉石的晶体结构产生了明显的影响： 当M2为小半径离子Fe、Mg时则为斜方晶系； 当M2位置为大半径离子时，则为单斜晶系。 斜方辉石：顽火辉石（ En ） Mg2[Si2O6]—— 斜方铁辉石 （Fs）Fe2[Si2O6]系列 顽 火 辉 石 —— 古 铜 辉 石 —— 紫 苏 辉 石——铁紫苏辉石——尤莱辉石——斜方铁辉石 单斜辉石： 钙铁辉石亚族：透辉石 CaMg[Si2O6]—— 钙铁辉石CaFe[Si2O6] 碱性辉石亚族
（1）环状硅氧骨干：硅氧四面体以角顶相联形成封闭的环状，要 形成环状结 构至少需要3个。进一步又可分为单层环、双层环。 （2）链状硅氧骨干：硅氧四面体以角顶相联沿一个方向无限地延 伸，可分为单链和双链。据联结方式和重复规律双可以分为多种形 式。 （3）层状硅氧骨干：硅氧四面体以角顶相联，形成两度空间的无 限延伸的面，在平面内硅氧四面体共用三个角顶，在平面内的O两 价态都有被利用，即为“惰性氧”，或称为“氧桥”。每个硅氧四 面体的剩余的一个氧即为“活性氧”，这种活性氧可以指向一侧， 变可以指向两侧，因此据硅氧四面体的联结方式及活性氧的朝向等 到层状硅酸骨干可细分若干类。 （4）架状硅氧骨干：硅氧骨干四个氧都是惰性氧，硅氧四面在空 间三个方向无限延伸，，典型的架状结构是石英。由于这种结构无 剩余余电价，其他离子不能进入晶格，因此必须要有部分AL代替硅 进入架状结构中，从而使O有剩余的电价，与其阳离子结合，形成 牢固 的架状硅酸盐结构。由于架状硅酸盐剩余电价少、且会形成 较大的空隙，因此架状硅酸盐离子大多是低电价的、大离子半径的、 高配位的离子。有时并有附加阴离子和水分子存在。

• 结构和性能的关系： • 镁橄榄石结构紧密，静电键也很强，硬度较高，
结构稳定，熔点高达1800℃，是一类重要的耐火材料。 同时在各个方向上结合力分布差异不大，所以没有显 著的解理，常呈粒状。
示意图
无机材料科学基础
50
OH 0 100
OH 50
OH 0
50
13
50
50 75
50
镁橄榄石在（100）面投影
• 按鲍林第一规则: rsi4+ /rO2- =0.041/0.140=0.293 • 所以Si4＋的配位数为4，形成[SiO4]四面
体；rMg2+ /rO2- =0.065/0.140=0.464 ，所以Mg2＋的配位数为 6，形成[MgO6]八面体。 • 按鲍林第三规则，[SiO4]四面体应该孤立存在， 而[MgO6]八面体可以共棱。
75 Al 50
0 50 13
50
镁橄榄石结构中的同晶取代：
无机材料科学基础
➢ 镁橄榄石中的Mg2+可以被Fe2+以任意比例取代，形成铁 橄榄石（FexMg1-x）SiO4固溶体。
➢ 部分Mg2+被Ca2+取代，则形成钙橄榄石CaMgS水iO泥4。的主要 ➢ 如果Mg2+全部被Ca2+取代，则形成-Ca2SiO4组，成即矿-物C2S之，一
无机材料科学基础
一、硅酸盐晶体的一般特点及分类
硅酸盐结构的一般特点:
（1）据鲍林第一规则，r si
4+
/rO2-
=0.041/0.140=0.293，Si4＋的配位数为
4，形成[SiO4]四面体。Si－O之间的平均距离为0.160nm，
此值小于硅氧离子半径之和0.181nm，说明硅氧键并非简单

羧甲基纤维素对层状镁硅酸盐矿物浮选的抑制与分散作用龙涛;冯其明;卢毅屏;张国范;欧乐明;潘高产【摘要】通过浮选实验、润湿接触角测量和Zeta电位测试,考察滑石、绿泥石和蛇纹石3种层状镁硅酸盐矿物的可浮性及其对金川镍矿中的硫化矿物-黄铁矿浮选的影响,并研究羧甲基纤维素(CMC)对3种层状镁硅酸盐矿物浮选的抑制与分散作用.结果表明;3种镁硅酸盐矿物表面性质与可浮性不同,对硫化矿浮选的影响方式与机理也存在区别:蛇纹石天然可浮性较差,但由于静电作用易与黄铁矿发生异相凝聚,降低黄铁矿的可浮性进而影响其回收率,CMC可通过调整矿物表面电性而起到分散作用;滑石与绿泥石并不影响黄铁矿的可浮性,但由于其天然可浮性相对较好,易进入精矿增加MgO杂质含量,CMC能调整矿物表面润湿性而抑制其浮选.%The floatability of three types of layered magnesium-silicates (talc, chlorite and serpentine), the negative effect of magnesium-silicates on the flotation of pyrite (one sulfide mineral of Jinchuan nickel mine) and the depression and dispersion effect of carboxy methyl cellulose (CMC) on the flotation of magnesium-silicates were investigated through flotation tests, contact angle measurements and zeta potential measurements. The results show that the surface properties and floatability of these magnesium-silicates different, and the way how the magnesium-silicates affecting the flotation of sulfides are also different: the natural floatability of serpentine is poor, but electrostatic aggregation occurred between serpentine and pyrite, thus reducing the fioatability of pyrite. CMC can disperse serpentine and pyrite by changing the surface electrical property of minerals. Although talc and chlorite cannot affect the recovery of pyrite, they mix in concentrate andthen increase the impurity contents of MgO due to their good floatability. CMC depresses their flotation by changing the surface wettability.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2011(021)005【总页数】6页(P1145-1150)【关键词】羧甲基纤维素;镁硅酸盐矿物;浮选;抑制;分散【作者】龙涛;冯其明;卢毅屏;张国范;欧乐明;潘高产【作者单位】中南大学资源加工与生物工程学院,长沙410083;中南大学资源加工与生物工程学院,长沙410083;中南大学资源加工与生物工程学院,长沙410083;中南大学资源加工与生物工程学院,长沙410083;中南大学资源加工与生物工程学院,长沙410083;中南大学资源加工与生物工程学院,长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TD923金川硫化铜镍矿床是我国最大的镍金属基地，产出我国 80%以上的镍金属[1]。

粘土及改性粘土在水处理中的应用摘要：粘土类矿物因具有独特的层状结构而表现出良好的吸附和离子交换性能，在废水处理中有广阔的应用前景。

本文在介绍了不同种类粘土矿物的结构和性质的基础上，对其作为吸附剂在废水处理中的应用研究情况进行了综述，并对其的改性产品的性能，发展进行了讨论。

关键词：粘土；吸附剂；废水处理进入20世纪以来，吸附不仅在化学工业中已经发展成为一种必不可少的单元操作过程，而且在环境治理过程中已经成为一门独特的技术，在废水、废气的治理中更有比较广泛的应用，而吸附剂的选择是否得当则决定了某一吸附操作的技术经济性和环保水平[1]。

粘土因具有独特的层状结构而具有良好的吸附和离子交换性能,且其储量大、价格低,是一类很有发展前景的优质廉价吸附剂,本文就粘土类吸附剂在废水处理中的研究和应用情况进行综述[2] 。

粘土是岩石经过风化作用形成的。

粘土成分相当复杂，组成粘土矿的主要元素是硅、氧和铝，粘土中还常含有石灰石、石膏、氧化铁和其他盐类[3]。

一、几种粘土的结构和性质1 凹凸棒土凹凸棒石呈土状、致密块状产于沉积岩和风化壳中,呈白色、灰白色、青灰色、灰绿色或弱丝绢光泽,土质细腻,有油脂滑感,质轻、性脆,断口呈贝壳状或参差状,吸水性强,湿时有粘性和可塑性,干燥后收缩小,不大显裂纹,水浸泡崩散,悬浮液遇电介质不絮凝沉淀[3]。

凹凸棒土是一种富镁硅酸盐粘土矿物，其晶体结构为硅酸盐的双链结构（角闪石类）和层状结构（云母类）的过渡类型，为2:1型粘土矿物[2]。

由于晶体结构中存在晶体孔道，内表面积较大，因而具有很强的物理吸附性能，吸附脱色能力强。

凹凸棒土吸附有机污染物后，填充于其晶体孔道和晶体层间，由于晶体的孔道容量大，因而在印染水、油脂等有机物的净化处理方面具有较大的应用潜力[4]。

2 膨润土膨润土又叫蒙脱土，是一种重要的非金属矿产，主要由蒙脱石构成，蒙脱石的晶体结构由两层硅氧四面体晶片中夹有一层铝氧八面体晶片组成，属于2:1型层状硅酸盐矿物。

第四节
硅酸盐晶体结构
硅酸盐为主要由硅和氧组成的晶体，是地球上主要矿
物。其成分复杂，结构形式多样，晶体结构有以下特点：
（1）基本结构单元为硅氧四面体[SiO4]4-。硅氧结合为 50%的离子键和50%的共价键。
（2）晶格中，Si4+间只通过O2-连接。 （3）每一个O2-只连接2个硅氧四面体，或以一个键与其 他非Si4+如Al3+、Mg2+等结合，形成不同的硅酸盐。 （4）硅氧四面体只共顶连接，可形成单链、双链、层状、 网状等复杂结构。
（2）双链：两条相同的单链通过非桥氧相连，形成双链结
构，其结构单元为[Si4O11]6- 。
单 链
双 链
四、层状结构
1、层结构 （1）复网层结构单元： 硅氧四面体层(上部)+八面体层(中部)+硅氧四面体层(下部) （2）单网层结构单元： 八面体层(上部)+硅氧四面体层(下部)
硅氧四面体层状结构
2、硅氧四面体层结构 （1）Si4+以三个公共氧连接成二维的六边形网络。 （2）Si4+通过O2-连接，一个O2-连接两个Si4+。 （3）Si4+中，仅有一个非桥氧且与金属离子连接，构成 复网或单网层。
（4）层状结构的络阴离子为[Si4O10]4活性氧 非活性氧
3、典型结构
（1）Mg3[Si4O10](OH)2(滑石)结构 属单斜晶系，复网层结构。
上、下层为硅氧四面体，其非桥氧朝向中间的[MgO4(OH)2] 八面体层。
பைடு நூலகம்每一层单元内，电价饱和，层单元之间为范德华力结合。 加热可使滑石脱水，转变为斜顽火辉石Mg2[Si2O6]（制造 玻璃和陶瓷的原料）
一、岛状结构

硅酸盐的结构特点及其应用简介内容摘要：硅酸盐晶体结构硅酸盐是构成地壳的主要矿物，也是水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料等硅酸盐的主要原料。

硅酸盐晶体结构共同特点：结构中具有硅氧四面体。

硅氧间的平均距离：键型：硅氧四面体的连接方式：关键词:组成表征、结构特点、分类一、硅酸盐晶体的组成表征、结构特点及分类(一)组成表征：硅酸盐晶体的化学组成甚为复杂。

因此，在表征硅酸盐晶体的化学式时，通常有两种方法：一种是氧化物方法，另一种是无机络盐表示法(结构式)。

氧化物方法：即把构成硅酸盐晶体的所有氧化物按一定的比例和顺序全部写出来，先是1价的碱金属氧化物，其次是2价、3价的金属氧化物，最后是SiO2。

例如，钾长石的化学式写为K2O·Al2O3·6SiO2；无机络盐表示法：先写联结硅氧骨干的阳离子，按低价到高价的顺序，然后写硅氧骨干，并用[]括起来，最后写水，水可以是OH-形式的，也可以是H2O分子形式的。

钾长石：K[AlSi3O8]高岭石：Al4[Si4O10]（OH）8(二)硅酸盐晶体结构的共同特点：（1）构成硅酸盐晶体的基本结构单元[SiO4]四面体。

Si-O-Si键是一条夹角不等的折线，一般在145o左右。

（2）[SiO4]四面体的每个顶点，即O2-离子最多只能为两个[SiO4]四面体所共用。

（3）两个相邻的[SiO4]四面体之间只能共顶而不能共棱或共面连接。

（4）[SiO4]四面体中心的Si4+离子可部分地被Al3+所取代。

(三)硅酸盐晶体结构的分类：按结构中硅氧四面体的连接方式，分为：岛状、组群状、链状、层状和架状五种方式。

硅酸盐晶体也分为相应的五种类型，其对应的Si/O由1/4变化到1/2，结构变得越来越复杂，见表2-5。

表2-5硅酸盐晶体结构类型与Si/O比的关系结构类型[SiO4]4-共用O2-数形状络阴离子Si/O实例岛状0四面体[SiO4]4-1：4镁橄榄石Mg2[SiO4]1双四面体[Si2O7]6-2：7硅钙石Ca3[Si2O7]三节环[Si3O9]6-1：3蓝锥矿BaTi[Si3O9]四节环[Si4O12]8-1：3Ca2Al2(Fe,Mn)BO3[Si4O12](OH)组群状2六节环[Si6O18]12-1：3绿宝石Be3Al2[Si6O18]2单链[Si2O6]4-1：3透辉石CaMg[Si2O6]链状2，3双链[Si4O11]6-4：11透闪石Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2层状3平面层[Si4O10]4-4：10滑石Mg3[Si4O10](OH)2[SiO2]0石英SiO2架状4骨架[AlSi3O8]1-1：2钾长石K[AlSi3O8](1)岛状结构结构特点：结构中的[SiO4]四面体以孤立状态存在，硅氧四面体之间没有共用的氧。

羟基硅酸镁羟基硅酸镁是一种重要的无机化合物，化学式为Mg3Si2O5(OH)4。

它属于硅酸盐矿物，由镁、硅和氢元素组成，其中氢元素主要以羟基形式存在。

羟基硅酸镁通常以纤维状、片状、柱状、粉状等形态存在，具有很高的物理化学性质和广泛的应用价值。

羟基硅酸镁的物理化学性质羟基硅酸镁是无色或浅黄色的晶体或粉末，外观细腻、柔软，可形成纤维状物质。

它的密度为2.6-3.0 g/cm³，比表面积为30-350 m²/g，介电常数为5-6。

羟基硅酸镁的热稳定性强，绝缘性好，耐酸碱性能强，对大多数有机化合物稳定，但在大气、水和酸性介质中易吸收水分，并可与酸反应，生成水合物。

1.在橡胶行业中，羟基硅酸镁可作为增强剂使用，具有增强橡胶的硬度、拉伸强度和弯曲模量等性能。

2.在塑料、橡胶、油漆、陶瓷等领域，羟基硅酸镁被广泛应用于填充剂、增强剂和稳定剂等方面，能够改善材料的加工和使用性能。

3.在制造肥皂、洗涤剂等日用品行业，羟基硅酸镁作为纯度较高的助剂使用，可提高产品的质量。

4.在医药领域，羟基硅酸镁可以作为消化道止痛药的核心成分之一，对于缓解肠胃疼痛具有良好的效果。

5.在钢铁工业中，羟基硅酸镁可以作为炼钢加入剂使用，能够提高钢铁的品质和生产效率。

羟基硅酸镁可通过天然矿物质菱镁矿或蛇纹石等原材料，经过加工、烧结和粉碎等多道工序制备而成。

其中，最常见的制备方法是利用碳酸镁和硅酸镁作为原料，在高温（1000℃以上）下进行热反应，形成羟基硅酸镁的结晶体。

在使用过程中，需要注意羟基硅酸镁的安全性和环境保护问题，以确保其应用价值的最大化和环境的可持续性。