粘土矿物作业.doc

粘土矿物学结业试题1 试述粘土矿物的基本性质及研究意义；粘土矿物的基本性质有：1. 可塑性：是指粘土粉碎后用适量的水调和后捏成泥团，在外力作用下可以任意改变其形状而不发生裂纹，除去外力，仍能保持受力时的形状的性能。2. 膨胀性：是指粘土吸水后体积增大的现象。膨胀性可根据膨胀的原因分为内膨胀性与外膨胀性两种；内膨胀性是指水进人粘土矿物晶层内部而发生的膨胀现象。外膨胀性是水存在于颗粒与颗粒之间而产生的膨胀现象。3. 触变性：指粘土泥浆（胶状泥团）受到振动或搅拌时，粘度大大降低，获得流动性，停止搅动又逐渐恢复原状，这种性能称为触变性。4. 悬浮性：指粘土悬浮于水中时难于沉淀的性质叫做分散性，或称反絮凝性。5. 凝聚现象：如果在粘土的悬浮液中加人盐类溶液，小的粘土质点就会凝聚成较大的颗粒，这便成为凝聚性。6. 粘滞性：是指在流动着的物质内部设想一平面，在与速度梯度(D）同一方向上，外力（F，移动的剪应力）以该面为界，相对地表现在两侧流体部分的性质。7. 离子交换性：是指含有离子A的物质AR与含有离子B的溶液BS相接触时，一部分B离子代替AR中的A离子，而AR中的一部分A离子则进人到溶液中。这时，进人到AR中的B和进人溶液中的A的当量数相等的性质。研究意义：粘土矿物学这门综合性科学的发展主要表现在粘土矿物学、粘土岩石学与应用科学相结合上。如：（1）在地质学中，在搞清粘土矿物与粘土岩成因的基础上，应用于地层划分与对比、应用于构造应力分析、应用于海洋地质分析、应用于石油天然气开发等。（2）在建筑工程上，应用于地基安全性分析等。（3）农业上，应用于土壤分析与土壤改良。（4）在工业上，建材、陶瓷、造纸、冶金、橡胶、塑料、化工、医药、食品以及原子能工业等方面都在广为应用。（5）对环境与生命科学的研究也有积极的意义二、层状硅酸盐矿物的晶体结构特征；答：层状硅酸盐矿物的晶体结构主要有四面体片和八面体片组成，四面体片是由一个Si（也可以有Al, Fe）与四个氧紧密堆积所构成的四面体，按二维面呈六角网连结，无限展开所构成；八面体片是铝（或镁）按六次配位与氧（或OH）紧密堆积而成的八面体沿二维面无限展开而构成。在自然界中，它与四面体片不同，四面体片在自然界中不能独立存在，而八面体片可以单独构成矿物。由四面体片与八面体片按不同规律连结起来，所构成的晶层称为结构层，简称“层”。由一个四面体片与一个八面体片所组成的单位晶层称为1:1结构层（简称1:1结构）；如果由两个四面体片中间夹一个八面体片则称为2:1结构层（或称2：1结构）。层状硅酸盐矿物可根据其层型(1:1或2:1)，层间物质和其相互间的混合特征分为八个主要族，再根据八面体片（二八面体和三八面体）的化学组成和单个层内的几何性质，还可以进一步划分为亚族和种。3、 粘土矿物主要研究方法；粘土矿物的研究一般分为野外采集标本和室内试验两个阶段：在第一个阶段，我们需要到野外找到需要研究的标本，并对其颜色，结构构造，硬度，光泽等有大致的了解，回到实验室以后，在显微镜等实验仪器的帮助下，对其晶体结构，矿物成分，物理化学性质等有进一步的了解，并计算其硅铝的含量，最终确定其用途和种类。4、 高岭石的化学成分、晶体结构特征及主要用途化学组成：高岭土是一种含铝的硅酸盐矿物 是长石和其他硅酸盐矿物天然蚀变的产物，是一种含水的铝硅酸盐。它还包括地开石、珍珠石和埃洛石及成分类似但非晶质的水铝英石。它们总是以极微小的微晶或隐晶状态存在，并以致密块状或土状集合体产生。高岭石为或致密或疏松的块状，一般为白色，如果含有杂质便呈米色。高岭石属于粘土矿物，其化学组成为Al4Si4O10(OH)8。高岭石的氧化物形式2Al2O3.4SiO2.4H2O 。理论组成(wB%)：Al2O3 41.2，SiO2 48.0，H2O 10.8。成分常较简单，只有少量Mg、Fe、Cr、Cu等代替八面体中的Al。Al、Fe代替Si数量通常很低。碱和碱土金属元素多是机械混入物。由于晶格边缘化学键不平衡，可引起少量阳离子交换。 晶体结构：晶体属三斜晶系的层状结构硅酸盐矿物。高岭石形态呈六角板状和书本状，是二八面体1:1型层状硅酸盐，其空位与被Al离子充填的八面体形成一个歪扭的六边形格局，每个大的空位被六个小的充填了的八面体所包围。多呈隐晶质、分散粉末状、疏松块状集合体。用途：高岭石具有白度和亮度高、质软、强吸水性、易于分散悬浮于水中、良好的可塑性和高的粘接性、抗酸碱性、优良的电绝缘性、强的离子吸附性和弱的阳离子交换性以及良好的烧结性和较高的耐火度等性能。纳米高岭石可用于涂料、造纸、环保、纺织、高档化妆品、高温耐火材料的制造。利用纳米技术研制的纳米高岭石涂料颗粒细、白度高、分散性好、化学稳定性好、无毒无害，具有自洁性、抗沾污性、抗老化性、透气性，杀菌和防霉能力强，流变性、涂刷性、弹性好（可防止裂纹产生），质感细腻。另外，还可以制成不同用途的特种纳米涂料，如抗紫外线涂料、隐身涂料等。五、伊利石的晶体化学特征及主要用途答：结构特征：伊利石是粘土级的云母类矿物，通常与白云母相似，但比正常的白云母多SiO2和H2O，而少K2O,曾名水云母等；伊利石理想化学组成为K0.75(Al1.75R)Si3.5Al0.5O10(OH)2晶体主要属单斜晶系的含水层状结构硅酸盐矿物。式中R2+代表二价金属阳离子主要为Mg2+Fe2+等。晶体结构与白云母的基本相同也属于21型结构单元层的二八面体型。晶体有1M2M1Md和 3T等多型变体。与白云母不同的是层间K+的数量比白云母少而且有水分子存在。因此伊利石也称为水白云母。还有人把它作为水云母的同义词。很多伊利石是由白云母或钾长石风化后变成的，并且伊利石还会再变成其他粘土矿物。伊利石黏土(岩)的矿物成分主要为伊利石，含少量的高岭石、蒙脱石、绿泥石、叶蜡石等。碎屑矿物常见的有石英、长石、铁质等。伊利石黏土(岩)的化学成分因含有其它杂质变化较大，除SiO2、Al2O3含量高低差别较大外，而K2O和Na2O较稳定，一般K2O在6%9%，Na2O在0.5%1.5%之间。 主要用途：伊利石黏土可以作为新型陶瓷原料作耐高温汽缸的助熔剂和在核废料处理上吸附铯以防辐射并可以作化妆品或塑料的填料。纯的白色伊利石也可以代替高岭石作为造纸涂层还能用来生产汽车外壳的喷镀材料及电焊条。伊利石的工业用途极为广泛，可用于制作钾肥、高级涂料及填料、陶瓷配件、高级化妆品、土壤调整剂、家禽饲料添加剂、高层建筑的骨架配料和水泥配料、核工业的污染净化和环境保护。其中微量元素可制作航天飞机的外层涂料。特别是在造纸、化妆品，陶瓷三大行业中，伊利石有着极大的应用价值。 6、 蒙皂石族矿物的主要晶体结构特征及成因类型结构特征及成因类型：在蒙皂石的2:1层中，其四面体与八面体位置上都有不同的阳离子置换。在八面体位置上普遍存在同价离子置换，如MgFe2+及 AlFe3+置换。同时也还出现联偶置换，如Fe3+ + O2代替Fe2+ +（OH) 。层间阳离子一般为Na+, Ca2+和Mg2+离子，但由于交换反应可引入大量的其它阳离子，包括有机离子。因此蒙皂石族矿物写成下式：1二八面体(M+X+YnH2O) (R3+2y，R2+y）(Si4XAlX）O10(OH) 2；2三八面体(M+X+Y，nH2O) (R2+3y，Liy) (Si4XAlX）O10(OH)2； 3二、三八面体（M+XynH2O) (R2+8yR3+y）(Si4XAlX）O10（OH)2；式中M+为一价阳离子，以nH2O表示其为水合阳离子；R2+为二价阳离 子，如Mg和Fe2+此外如Ni、Zn。4.二八面体端员蒙皂石称为蒙脱石：(M+ynH2O) (A12yMgy)Si4Ol0(OH)2;蒙脱石在700左右脱羟（OH），通常不发生非晶化，一般认为尚保留其原有的结构格架，或发生某种程度的歪扭。5.贝得石(MxnH2O) Al：(Si,一二Alx) O,o (OH)：；6.绿脱石(M+X nH2O) Fe 3+2(Si4XAlX) O10 (OH) 2 在蒙脱石一贝得石系列中，其组成多偏于1:1摩尔蒙脱石一边，而偏于贝得石一边的较少见。贝得石与绿脱石可能与四面体