[科普中國]-粘土礦

粘土礦（clay minerals） 是組成粘土巖和土壤的主要礦物。它們是一些含鋁、鎂等為主的含水硅酸鹽礦物。除海泡石、坡縷石具鏈層狀結(jié)構(gòu)外，其余均具層狀結(jié)構(gòu)。顆粒極細，一般小于0.01毫米。加水后具有不同程度的可塑性。

粘土礦簡介粘土礦（clay minerals） 是組成粘土巖和土壤的主要礦物。它們是一些含鋁、鎂等為主的含水硅酸鹽礦物。除海泡石、坡縷石具鏈層狀結(jié)構(gòu)外，其余均具層狀結(jié)構(gòu)。顆粒極細，一般小于0.01毫米。加水后具有不同程度的可塑性。

粘土礦分類包括高嶺石族、伊利石族、蒙脫石族、蛭石族以及海泡石族等礦物。

粘土礦用途主要用作陶瓷和耐火材料，并用于石油、建筑、紡織、造紙、油漆等工業(yè)。

粘土礦物理性質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)與晶體化學特點決定了它們的如下一些性質(zhì)。①離子交換性。具有吸著某些陽離子和陰離子并保持于交換狀態(tài)的特性。一般交換性陽離子是Ca2+、Mg2+、H+、K+、NH4+、Na+，常見的交換性陰離子是SO42-、Cl-、PO43-、NO3-。高嶺石的陽離子交換容量最低，5～15毫克當量/100克；蒙脫石、蛭石的陽離子交換容量最高，100～150毫克當量/100克。產(chǎn)生陽離子交換性的原因是破鍵和晶格內(nèi)類質(zhì)同象置換引起的不飽和電荷需要通過吸附陽離子而取得平衡。陰離子交換則是晶格外露羥基離子的交代作用。②粘土－水系統(tǒng)特點。粘土礦物中的水以吸附水、層間水和結(jié)構(gòu)水的形式存在。結(jié)構(gòu)水只有在高溫下結(jié)構(gòu)破壞時才失去，但是吸附水、層間水以及海泡石結(jié)構(gòu)孔洞中的沸石水都是低溫水，經(jīng)低溫(100～150℃)加熱后就可脫出，同時象蒙皂石族礦物失水后還可以復(fù)水，這是一個重要的特點。粘土礦物與水的作用所產(chǎn)生的膨脹性、分散和凝聚性、粘性、觸變性和可塑性等特點在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。③粘土礦物與有機質(zhì)的反應(yīng)特點。有些粘土礦物與有機質(zhì)反應(yīng)形成有機復(fù)合體，改善了它的性能，擴大了應(yīng)用范圍，還可作為分析鑒定礦物的依據(jù)。如蒙脫石中可交換的鈣或鈉被有機離子取代后形成有機復(fù)合體，使層間距離增大，從原有親水疏油轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油疏水，利用這種復(fù)合體可以制備潤滑脂、油漆防沉劑和石油化工產(chǎn)品的添加劑。其他如蛭石、高嶺石、埃洛石等也能與有機質(zhì)形成復(fù)合體。此外，粘土礦物晶格內(nèi)離子置換和層間水變化常影響光學性質(zhì)的變化。蒙皂石族礦物中的鐵、鎂離子置換八面體中的鋁，或者層間水分子的失去，都使折光率與雙折射率增大。

成因粘土礦物是影響砂巖儲集性能的重要因素。粘土礦物成因、絕對含量、成分、產(chǎn)狀及晶體形態(tài)等都與砂巖儲集性能有一定的關(guān)系。研究表明，粘土礦物對砂巖儲集性能的影響程度與砂巖本身的成熟度有關(guān)。當砂巖成熟度高時，隨粘土礦物絕對含量的增加，其儲集性能降低，尤其是滲透率降低；但高成熟度砂巖隨高嶺石和充填狀粘土礦物含量增高，物性相對變好。當砂巖的結(jié)構(gòu)和成分成熟度比較低時，粘土礦物對其儲集物性影響較小，而主要與巖石本身的成分和結(jié)構(gòu)有關(guān)。研究還表明，不同形態(tài)的伊利石對砂巖的物性影響也不同，片狀伊利石有利于改善儲層物性，而纖維狀和發(fā)絲狀伊利石增多會使砂巖儲集物性降低或變?yōu)榉莾印?

環(huán)境意義粘土礦物在沉積和埋藏作用過程中可發(fā)生轉(zhuǎn)變 。它的形成和轉(zhuǎn)化與其所處的環(huán)境有密切關(guān)系，因此深入研究粘土礦物的組合與含量的變化、結(jié)構(gòu)特點與轉(zhuǎn)化規(guī)律以及粒度分布等特征，可以推測其形成區(qū)和來源區(qū)的風化作用類型和氣候演變規(guī)律，有助于揭示全球性的環(huán)境演變規(guī)律。對粘土礦物的大量研究所揭示的古氣候環(huán)境演變的信息，已被用于重建古氣候和恢復(fù)大陸古環(huán)境。此外，由于粘土礦物具有較強的吸附性、離子交換性和膨脹性，對水體中各種類型的污染物有良好的吸附性能，并使土壤有一定的自凈作用，所以在環(huán)境污染的防治中有廣闊的應(yīng)用前景。2

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

楊曉紅 - 副教授 - 西南大學