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                        火爆全網的蒙脫石到底是何方神圣?其實就是觀音土!

                           2023-02-07 騰訊新聞62050
                        導讀

                        一、概 述蒙脫石(montmorillonite)又名微晶高嶺石,是一種硅鋁酸鹽,其主要成分為八面體蒙脫石微粒。最初發現于法國的蒙脫城(Montmorillon), 1874年A.A.Damour和D. Saluetat在研究法國蒙脫里隆附近的黏土時,對

                         

                        一、概 述

                        蒙脫石(montmorillonite)又名微晶高嶺石,是一種硅鋁酸鹽,其主要成分為八面體蒙脫石微粒。最初發現于法國的蒙脫城(Montmorillon), 1874年A.A.Damour和D. Saluetat在研究法國蒙脫里隆附近的黏土時,對其中主要組成礦物命名。我國蒙脫石礦產儲量3.3億多噸 ,俗名稱觀音土。高嶺石、伊利石和蒙脫石是組成黏性土常見的3大黏土礦物。黏土礦物廣泛存在于地球表層,其作為非金屬資源廣泛應用于醫學、化工、石油、工程建設、環境治理等各個領域。此外,黏土礦物特殊的層狀結構,使其具有較好的吸附性。黏土礦物能夠吸附空氣中的水分子,在工程實踐中經常出現暴露在空氣中的黏土礦物吸水膨脹現象。黏土礦物吸水膨脹會影響工程結構的穩定性,對人們的生命安全造成一定威脅,對黏土礦物研究具有重要的實際意義(寧林等,2020)。

                        蒙脫石天然礦物圖片

                        (據互聯網資料)

                        二、蒙脫石的礦物特征

                        硅(鋁)酸鹽礦物中硅酸鹽主要由硅氧四面體組成,鋁酸鹽主要由鋁氧八面體組成,兩種不同的硅鋁酸鹽按照一定的比例會構成結構不同的黏土礦物。例如高嶺石(Kaolinite)為1∶1結構模型;蒙脫石(Montmorilonite)、海泡石(Sepiolite)和伊利石(Illite)為2∶1結構構型(寧林等,2020)。蒙脫石晶體屬單斜晶系的含水層狀結構硅酸鹽礦物。蒙脫石亞族屬于蒙皂石族(smectite)礦物之一(另一亞族是皂石saponite),是重要的黏土礦物,其礦物族系物有11種。薄片中為負突起。平行消光,正延性。二軸負晶。一般說蒙脫石的微觀形態多是說蒙脫石的晶體結構,電鏡下為細小鱗片狀。

                        蒙脫石礦物晶體結構圖

                        (據互聯網資料)

                        蒙脫石理想分子式為(Na,Ca)0.33(Al,Mg)2(Si4O10)(OH)2·nH2O,Si/Al為2∶1,中間為鋁氧八面體,上下為硅氧四面體所組成的2∶1層狀結構(TOT型)的黏土礦物,在晶體構造層間含水及一些交換陽離子,有較高的離子交換容量。在蒙脫石結構單元層中,四面體和八面體片以氧原子相連,Si4+、Al3+主要賦存于四面體片和八面體片中心,不易被外來離子置換,而層間主要充填Na+、Ca2+、Mg2+等。而層間以范德華力連接為主而無氫鍵,連接力弱,層間Na+、Ca2+、Mg2+易被半徑更小、化學性質更穩定的離子從中置換出(唐洪明等,2022)。蒙脫石陽離子交換容量(CEC)為80%~150%,比表面積為34.9m2/cm3,層間距0.96~4nm。結構單元層中較高價陽離子被較低價陽離子替代時造成的正電荷虧損,將由層間的交換性陽離子Mg2+、Ca2+、Na+等來補充,電荷主要分布于Al—O八面體中。

                        蒙脫石結構及其吸附 Na+ 和水分子的過程的模擬圖

                        (徐加放等,2012)

                        由于蒙脫石具有較強的吸附性,純凈的蒙脫石晶體內部會與外界離子發生置換現象。通常情況下根據吸附金屬雜質的類別對層間不同金屬種類下的蒙脫石進行命名。常見的原子有一價金屬K+、Na+與Cs+,分別稱這些蒙脫石為K蒙脫石、Na蒙脫石和Cs蒙脫石。常見二價金屬為Ca2+、Mg2+,分別稱為Ca蒙脫石與Mg蒙脫石(寧林等,2020)。

                        不同種類蒙脫石晶體模型

                        (寧林等,2020)

                        三、蒙脫石的物理性質

                        一般說蒙脫石外觀形態多是說膨潤土原礦,膨潤土原礦常呈土狀隱晶質塊狀。蒙脫石通常呈白色,有時微帶紅色或綠色,有時為淺灰。鱗片狀解理完全。蒙脫石礦物晶體為片狀或絮狀、毛氈狀。膨潤土中除主要礦物成分蒙脫石之外,還含有其他黏土礦物,如伊利石、高嶺石、綠泥石、海泡石、水鋁英石、凹凸棒石等。膨潤土中含有的蒙脫石黏粒的粒度一般小于2μm。膨潤土的物理化學性質主要決定于其所含的蒙脫石的性質(李雪梅等,2006)。

                        蒙脫石礦物原料圖片

                        (據互聯網資料)

                        蒙脫石光澤暗淡。硬度2~2.5。相對密度2~2.7,甚柔軟。蒙脫石的水含量因環境濕度而變化極大,具有較高的吸水膨脹能力。吸水后其體積膨脹而增大幾倍至十幾倍,具很強的吸附力。蒙脫石單層間可以比較牢固地吸附4個單分子水層。黏土單層的厚度大約是10A(每個單分子水層的厚度約為2.5A),所以蒙脫石水化的水體積約為蒙脫石體積的50%(史忠生等,2003)。蒙脫石通常含有三種狀況的水:外表自在水、層間吸附水和晶格水。蒙脫石吸水性很強,吸水后脹大,即晶格底面距離增大,在高水化狀況時晶軸C0可達1.84~2.14nm。蒙脫石在水介質中可渙散呈膠體狀況。蒙脫石受熱自在水很快失掉,100~200℃脫去吸附水,500℃時很多晶格水開始逸出。蒙脫石具有優良的物理化學性質,如吸水膨脹性、吸附性、分散懸浮性、陽離子交換性、觸變性、黏結性、潤滑性等,可作為黏結劑、懸浮劑、增強劑、增塑劑、增稠劑、觸變劑、絮凝劑、穩定劑、凈化脫色劑、充填劑、催化劑、載體、填料等,在建材、冶金、石油、化工、農業、醫藥、機械、輕工、食品、環保等領域都有應用(李雪梅等,2006)。

                        四、蒙脫石的礦物成因

                        常見的黏土礦物有伊利石、蒙皂石、綠泥石和高嶺石等。黏土礦物是指具有鏈狀結構晶格架或片層狀結構的硅鋁酸鹽,在自然界中,黏土礦物往往以微小的顆粒形式存在,由原生礦物長石及云母等鋁硅酸鹽在堿性條件下的風化作用形成,也有部分是來源于沉積于海底的火山灰分解(寧林等,2020)。蒙脫石主要由基性火成巖在堿性環境中風化而成,也有的是海底沉積的火山灰分解后的產物。蒙脫石為膨潤土的主要成分。我國具工業價值的蒙脫石礦床多產于中生代火山巖系中。膨潤土在我國產地很多,如遼寧、黑龍江、吉林、河北、河南、浙江等地都有產出。蒙脫石一般形成于長英質礦物的風化作用,其中蒙脫石礦膨潤土礦則往往是中酸性火山巖風化作用的產物,主要反應如下:

                        火山玻璃+H2O→蒙皂石+方石英+K++OH-

                        在粘土巖的成巖過程中,最主要的成巖化學變化就是蒙皂石向伊利石轉化的遞進反應。其次是蒙皂石向綠泥石轉化、高嶺石向綠泥石轉化和高嶺石向伊利石轉化等。各種有序度的間層礦物如伊利石蒙皂石無序間層、伊利石蒙皂石有序間層、綠泥石蒙皂石間層等這些粘土礦物構成成巖轉化序列的中間產物(金翠葉,2011)。


                         
                        (文/小編)
                         
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