粘土矿物在环境中的应用

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粘土矿物在环境中的应用

刘龙涛1，崔丹2

1中国矿业大学（北京）资源学院（100083）

2陕西师范大学旅环院（710062）

E-mail：wfhtllt@https://www.360docs.net/doc/0c14907779.html,

摘要：随着科学技术的不断发展，人们在享受科技成果的同时，也造成了对自身生存环境的污染。许多化学污染物以多种途径进入环境，工业和生活废弃物的排放日益增多，造成土壤、水体和大气污染，严重影响着生态系统的安全，对人类与生态环境产生了直接或潜在的危害。随着工农业生产的飞速发展和人口急剧膨胀，人类活动与自然资源和环境之间的矛盾日益加剧，合理利用矿产资源和有效控制环境污染已是实现社会可持续发展的战略问题。目前，对于环境污染，人们已经研究出多种物理、化学和生物的方法来转移这些污染物。由于粘土矿物价格便宜且具有机械稳定性，多孔隙率、多种表面和结构、分散悬浮性、离子交换性、吸附性等，故用颗粒细小的粘土矿物及改性粘土矿物来转移污染物已经成为人们研究的热点。

关键词：粘土矿物环境保护构造特征

1．引言

近几年，粘土矿物在环保方面的应用越来越广泛，在污水处理、大气吸附、过滤脱色等方面的应用水平不断提高;在生态建材(如具有保温、隔热、吸音、调光等功能的建材)、杀菌、消毒剂等方面都有新的应用技术和产品[22-23]。加强环境保护、改善生态平衡已成为当务之急。

2. 粘土矿物的结构特征概述

粘土矿物是颗粒细小(＜0.1mm)的含水层状结构硅酸盐矿物，其结构单元层是由Si-O四面体片与Al-O八面体片按不同的规律连结起来而构成，按其连接方式的不同把粘土矿物划分为1:1和2:1两种结构类型，前者如高岭石，后者如蒙脱石、伊利石、凹凸棒石等.粘土矿物结构单元层内部因发生离子的类质同象置换，比如四面体中Si4+被Al3+置换，八面体中Al3+被Fe2+、Mg2+置换，从而使其单元层表面具有电性.此外，粘土矿物颗粒细小，比表面积大，因而，粘土矿物会表现吸附性、离子变换性、胶体性、分散性和催化性，这些特性在环境污染处理中具有十分重要意义.

在粘土矿物中，硅、铝、氧是其中最主要的元素。在这些粘土矿物中，硅和氧结合生成硅氧四面体，铝和氧结合生成了铝氧八面体，其中硅氧四面体分布在同一个平面内，彼此以3个角顶相连，从而形成二维延展的网层即四面体片。同样，铝氧八面体共用边角形成了八面体.这些硅氧四面体片和铝氧八面体片又共用氧原子，将不同的片结合在一起.形成层状结

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https://www.360docs.net/doc/0c14907779.html, 构。

粘土矿物[1]除少数为非晶质外，大多数是由按四面体配位阳离子(Si4+，A13+，Fe3+)和按八面体配位阳离子(A13+，Fe3+，Fe2+，Mg2+)组成层状或链状的硅酸盐化合物。层状硅酸盐的基本结构单元是硅氧四面体层和水镁石层或三水铝石八面体层。粘土矿物可分为高岭石类、蒙脱石类及云母类等。高岭石为1:1型结构，基本式为Si4Al4O10(OH)8，各单元层间距小，小分子或阳离子很少有机会进入层际空隙中，故层际通常不发生离子交换，而是在粘土的表面和边、角发生。蒙脱石类和云母类粘土均为2:1型结构，其基本式为Si3Al4O20(OH)4·nH2o，由于同晶置换，这两种类型的粘土矿的离子交换除在层面的边、角上发生，更多是由于层际间的阳离子交换而形成。

3. 目前粘土矿物在环境中的应用领域

目前，粘土矿物在环境方面的应用主要是利用了粘土矿物的物理性质：较大表面积，吸附性能好。主要应用在无水处理（有机、无机）、土壤净化、大气净化、核废料处理等方面（1）污水处理方面

粘土矿物在水污染治理，主要用于对生活和化工用水过滤、重金属离子从Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+等的去除，印染废水(阳离子染色分子)和有机污染物的吸附以及阴离子PO43-、SO42-去除。在去除重金属离子研究中表明：在用三种不同的粘土对Pb2+进行吸附[4]时发现蒙脱石对Pb2+的吸附效果最好，且pH高有利于粘土对Pb2+的吸附。用活化后的凹凸棒石粘土处理铀[5]，采用动态法(交换柱)处理含铀废水，效果良好，铀的去除率在99.95%以上。用膨润土基多孔材料对红色染料进行脱色[7]具有良好的脱色效果。粘土矿物应用于有机工业废水的净化具有吸附效率高，价格低、无腐蚀性、操作简便、且二次污染少等特点。

膨润土等粘土矿物经过适当的有机改性，可用来处理含有机物废水。膨润土、硅石、凹凸棒石、海泡石等粘土矿物可直接利用或经过适当的活化改性处理，也可用来处理含重金属离子废水，获得了较好的效果[16-18]。此外，用海泡石、凹凸棒石等经适当预处理后，以吸附与离子交换法降氟除磷具有占地面积小、工艺简单、操作方便、高效快速、无二次污染、适用范围广而倍受人们关注。同时有利于降低废水处理成本，减少污泥产生量，重复利用资源[19-20]。

（2）土壤净化

在土壤中粘土矿物的作用主要是粘土矿物对土壤的自净作用。

土壤的主要污染物分有机物与无机物两大类。无机物包括重金属和放射性物质，有机物主要是有机农药、有机洗涤剂及工业废水中的酚等。在一定的污染浓度范围内，土壤可以通过稀释、扩散挥发，氧化还原反应及络合作用、离子交换和吸附作用而实现自净。土壤自净功能是土壤各种组分及结构综合作用的体现，粘土矿物在土壤自净过程中起了很重要的作

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https://www.360docs.net/doc/0c14907779.html, 用，因为粘土矿物是土壤胶体的主体，土壤胶体的自净作用在某种程度上是粘土矿物性质的体现。

当有毒物质进入土壤后，土壤胶体首先吸附带相反电荷的离子或络合物，如金属离子或化学农药，使污染物质的活性和扩散性大大减弱。其次粘土矿物层内表面不仅可吸附交换性离子，还可以把一些有毒的阳离子吸持在层间的晶格结构内而成为固定离子，消除了污染物的毒害。

（3）大气净化方面

蒙脱石、海泡石、坡缕石及高岭石等，因比表面积大、吸附性强，作为吸附过滤材料广泛应用于空气污染的净化[8，9，10]这些矿物经简单的处理之后，即可用于臭气、毒气及有害气体如NO x 、SO x、H2S等的吸附过滤。现已成功地用其迅速、有效的去除与腐烂变质物臭气有关的1 .4-丁二胺和1 .5-戊二胺以及包含排泄物臭气中的吲哚、丁烷一类气体。实验证明，在含氨为1 00×106/m3气体中放置40个海泡石，可使氨的浓度降至18×106。Sugiura M 等尝试将海泡石用于控制农场环境中氨的浓度[11];崔国治等研制的海泡石除臭剂，能迅速地吸附除去空气中的氨有机胺及SO2气体，吸附指标高于活性碳及单纯的有机化合物吸附剂[12];而日本研制的海泡石酸吸附剂对环境中的有害酸性气体有很好的吸附效果[13]。

（4）核废料处理方面

粘土矿物由于具有很强的吸附性，尤其是改性后的粘土矿物（如膨润土，凹凸棒石等）。粘土矿物在核废料的处理方面起了很重要的作用。粘土矿物在处理核废料过程中，主要是采用物理吸附和化学吸附两种方法。在物理吸附方面，主要是利用粘土矿物粒子之间的范德华力作用，而且粘土颗粒越细，比表面积越大，吸附能力也越强。粘土矿物对核废料的化学吸附主要是因为粘土矿物有吸附某些阴离子和阳离子，并把这些离子保持变换状态的能力。交换的离子吸着于矿物多面体层的外围或层间，一般不影响多面体层内部结构，如蒙脱石类及坡缕石类矿物。粘土矿物在核废料方面的应用主要体现在以下几点：第一：粘土矿物在放射性废水处理中的应用[2]。第二：粘土矿物在核废液固化中的应用。第三：粘土矿物在核废物处理中作为回填材料的应用。瑞典[3]的一项研究表明，不同的膨润土、石英砂配比混合物在100MPa下成型的材料具有极低的渗透性(渗透系数

10 4m/S)，可有效阻滞水分运移和核素迁移。由于粘土矿物本身强度低，一般不直接作为固化材料，而是作为核废料回填材料或其他材料一起按一定比例配合后制成易加工处理。粘土矿物资源丰富经济易得，故在处理核废料的应用方面发展前景非常广阔

（5）粘土矿物在其他方面的应用

○1过滤清除放射性气体及尘埃。坡缕石、海泡石、蒙脱石等用作阳离子交换剂净化被放射性污染的水体，也可用作危险废物的稳定剂，对放射性物质永久性吸附固化以及机房中

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https://www.360docs.net/doc/0c14907779.html, 静电子的吸收等方面。

○2以膨润土等为主要原料可生产人工合成沸石，用来代替传统洗涤剂中的三聚磷酸钠，可大大减少洗涤废水中残余磷对环境的污染。

○3蒙脱石、海泡石、坡缕石等现已广泛用于油污废塑料、城市垃圾等处理，阻止无机或有机有害污染物的迁移等。

目前人类所面临的又一个重要的挑战就是开发新型抗菌剂，消除细菌危害，改善生存环境。虽然，近年来粘土矿物载体无机抗菌剂的研究己得到了很大的发展，研制成功了一系列银系粘土矿物载体无机抗菌剂，但是，仍然存在着品种较少（主要为银离子)、安全性银的含量超标、功能单一、黑化等问题[21]。因而，其发展趋势为:①由目前的单一功能的无机抗菌剂开发具有多功能的无机抗菌剂。②开发银与其他金属离子的复合抗菌剂，以进一步提高抗菌效果和防止黑化现象的发生。③要加强研究无机抗菌剂的二次污染效果问题。④在粘土矿物领域，不断发展新的无机抗菌剂载体，大致可采取下列两种途径，一种是以天然的粘土矿物代替人工合成的沸石、磷酸盐等载体:另一种是减小载体的力度，提高载体的比表面积，即采用超细级或纳米级载体。

4．粘土矿物在环境中的发展前景

国外对粘土矿物在水质处理中的应用研究较早，尤其是近二三十年来，许多研究成果已用于实际水体污染处理，并取得了良好的应用效果[15].比如，用天然粘土制作回填衬层来净化废水，用粘土矿物(经处理后的蒙脱石、硅石、高岭石等)处理污水中有机污染物和金属离子。近十几年来，我国在粘土矿物的改性、有机复合以及在环境保护中的应用研究方面都进行了大量的试验研究，也取得了很重要的研究成果。由于粘土矿物的资源丰富，价格便宜，被越来越多的应用于环境保护中。目前，用于污水处理的主要是膨润土、凹凸棒石、坡缕石、海泡石、硅藻土等几种，海泡石更多的是应用在催化方面，粘土矿物在环境保护中还有其它的用途，如空气净化土壤的净化，地下水的修复[6]等，因此对粘土矿物应用的研究还有更大的发展前景。

5. 结语

粘土矿物由于其自身优越的物理和化学特征，使其在环境科学中得到了广泛应用。同时粘土矿物所具有的良好环境属性日益受到国内外研究人员的重视。对粘土矿物的微形貌、微结构、化学组成、物理性质、成因及其共生组合等方面特征的研究在土壤、河流、湖泊、海洋和大气等环境演变规律的探索中发挥了重要的作用。粘土矿物所特有的结构特征和吸附性能，在环境污染的防治中也发挥着重要的作用。相信随着人们对全球环境质量的不断重视和

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https://www.360docs.net/doc/0c14907779.html, 研究手段的改进与研究水平的提高，粘土矿物所能揭示的环境演变信息的数量与质量必将逐渐增多和增强，粘土矿物在环境演变和环境治理中的应用前景将更加广阔。

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https://www.360docs.net/doc/0c14907779.html, Application of Clay Mineral in Environment

Liu Longtao1，Cui Dan2

12China University of Mining and Technology (Beijing) 100083

2 Shanxi Normal University 710062

Abstract

With the continuous development of the science technical, people are enjoying the fruit of science and technology which has been result in the pollution to their selves’environment. Many chemistry pollutants are entering the environment by various approaches, that the exhaust of the industry and living wastes is increasing increasingly results in the pollution of the soil, the water and the air, certainly it also influence the safe to ecosystem and produces the direct or latent bane to the mankind and the ecosystem environment. with the quick development of industry and agriculture and the inflation of population, the contradiction between activity of people and the natural resource and environment is more and more worse. So making use of the mineral resources in reason and controlling the pollution of environment effectively has been the strategic problem of carrying out the keeping development.Currently people have already studied many methods for the pollution of envrionment to transfer these pollutant such as the method about physics, chemistry and biology. Because the clay mineral have many excellency such as the cheap of price, stability of machine, many hole rates, various surfaces and structure and so on, using the clay mineral and the changing to transfer the pollution has been the people's focus.

Keywords: clay mineral protection of environment conformation characteristic

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环境保护中粘土矿物的应用

环境保护中粘土矿物的应用 [文档副标题] [日期]

环境保护中粘土矿物的应用摘要：无机非金属环境矿物材料基于其不同的性能广泛用于空气污染处理、废水处理和固体废弃物处理的环境治理，并在节能保温材料方面、在降噪隔声方面、在无形磁波污染控制方面、在自然灾害防治方面、在太阳能材料应用方面、在传动系统减震方面、在新型抗菌材料方面、在人体健康材料方面等都将起到重要作用。 1.粘土矿物材料的研究现状人类社会的发展史就是人们利用矿物材料的文明史。随着科学技术的发展和工业化程度的不断提高，许多金属材料的性能已不能适应高强、高速、高温、轻质、绝缘、耐腐蚀等方面的要求，因而非金属矿物材料的发展十分迅速，如美国汽车工业中轿车钢铁构件已由占81%降为61%，采用由非金属材料制成的构件大大减轻了车重，节约了钢材；发达国家一些原来从事钢铁、造船等行业的研究已转向新型材料及新型陶瓷的研究。同时，伴随着矿物材料的深加工技术的发展，矿物材料的利用价值和应用领域不断提高，如散装膨润土30美元/吨，而有机膨润土2400-3600美元/吨；重晶石散装未碎者40美元/吨，而药物级达2560美元/吨；石墨原矿500美元/吨，石墨密封材料7000美元/吨，而石墨乳10000美元/吨。近年来无机非金属矿物材料在环境保护中的应用不断加强，使矿物材料成为治理、修复环境污染的环境材料。新型材料是发展高新技术产业的重要支柱之一,随着材料结构向多元化、功能化、智能化发展,矿物材料已成为现代材料科学的重要组成部份。传统的或一般的矿物材料的应用是直接利用矿物(包括部分岩石)本身所具有的物理化学性质和工艺特性,而且只作为单一性能或低性能的一般材料来应用。如陶瓷矿物材料、建筑矿物材料、化工矿物材料和冶金辅助矿物材料等,这种传统的矿物材料都是低值材料或产品,并由于其本身性能的局限性或未得以强化增强,因而在诸

粘土矿物在环境中的应用

https://www.360docs.net/doc/0c14907779.html, 粘土矿物在环境中的应用刘龙涛1，崔丹2 1中国矿业大学（北京）资源学院（100083） 2陕西师范大学旅环院（710062） E-mail：wfhtllt@https://www.360docs.net/doc/0c14907779.html, 摘要：随着科学技术的不断发展，人们在享受科技成果的同时，也造成了对自身生存环境的污染。许多化学污染物以多种途径进入环境，工业和生活废弃物的排放日益增多，造成土壤、水体和大气污染，严重影响着生态系统的安全，对人类与生态环境产生了直接或潜在的危害。随着工农业生产的飞速发展和人口急剧膨胀，人类活动与自然资源和环境之间的矛盾日益加剧，合理利用矿产资源和有效控制环境污染已是实现社会可持续发展的战略问题。目前，对于环境污染，人们已经研究出多种物理、化学和生物的方法来转移这些污染物。由于粘土矿物价格便宜且具有机械稳定性，多孔隙率、多种表面和结构、分散悬浮性、离子交换性、吸附性等，故用颗粒细小的粘土矿物及改性粘土矿物来转移污染物已经成为人们研究的热点。关键词：粘土矿物环境保护构造特征 1．引言近几年，粘土矿物在环保方面的应用越来越广泛，在污水处理、大气吸附、过滤脱色等方面的应用水平不断提高;在生态建材(如具有保温、隔热、吸音、调光等功能的建材)、杀菌、消毒剂等方面都有新的应用技术和产品[22-23]。加强环境保护、改善生态平衡已成为当务之急。 2. 粘土矿物的结构特征概述粘土矿物是颗粒细小(＜0.1mm)的含水层状结构硅酸盐矿物，其结构单元层是由Si-O四面体片与Al-O八面体片按不同的规律连结起来而构成，按其连接方式的不同把粘土矿物划分为1:1和2:1两种结构类型，前者如高岭石，后者如蒙脱石、伊利石、凹凸棒石等.粘土矿物结构单元层内部因发生离子的类质同象置换，比如四面体中Si4+被Al3+置换，八面体中Al3+被Fe2+、Mg2+置换，从而使其单元层表面具有电性.此外，粘土矿物颗粒细小，比表面积大，因而，粘土矿物会表现吸附性、离子变换性、胶体性、分散性和催化性，这些特性在环境污染处理中具有十分重要意义. 在粘土矿物中，硅、铝、氧是其中最主要的元素。在这些粘土矿物中，硅和氧结合生成硅氧四面体，铝和氧结合生成了铝氧八面体，其中硅氧四面体分布在同一个平面内，彼此以3个角顶相连，从而形成二维延展的网层即四面体片。同样，铝氧八面体共用边角形成了八面体.这些硅氧四面体片和铝氧八面体片又共用氧原子，将不同的片结合在一起.形成层状结 -1-

粘土矿物分析

作为岩石组分的粘土矿物其含量、种类及其分布、产状等对地层伤害有着非常密切的关系。由于粘土矿物颗粒细小（<0.01mm），比表面极大，并具有特殊的结构组成，因此它们对外来作业流体如注入水、压裂液、酸化液、压井液等的侵入极为敏感。当与外来流体接触时，粘土矿物往往会发生膨胀、微粒运移、生成某种沉淀等从而堵塞储层油气流动的孔隙通道，造成储层渗流能力的下降，损害油气层。因此了解粘土矿物的性质对油田开发十分重要。通过X射线衍射分析和扫描电子显微镜技术可以确定岩石中粘土矿物的含量、分布及产状等。选取了西泉5井的部分岩石样品进行了上述测定，测定结果见表1。表1 西泉5井区三叠系储层粘土矿物含量统计表根据X衍射和扫描电镜分析，韭菜园子组砂层以蒙皂石（包括蒙脱石和皂石两个亚族）为主，63％～98％，平均87.8％；其次为伊/蒙混层（20％～99％，平均72.76％），绿泥石（1％～55％，平均9.33％），另有高岭石（1％～12％，平均5.74％）和伊利石（2％～16％，平均6.24％）（见表1）。对韭菜园子组敏感性的简单分析：（供参考）韭菜园子组伊/蒙混层和绿/蒙混层含量较多，伊/蒙混层和绿/蒙混层是遇水易膨胀的矿物，易发生粘土膨胀和分散造成地层伤害。韭菜园子组绿泥石含量相对较高（平均9.33％），绿泥石是酸敏性矿物，酸化时易造成氢氧化铁胶体沉淀（酸敏）。另外伊利石和高岭石是速敏性矿物，易造成颗粒运移堵塞地层。

粘土矿物分析在储层潜在敏感性评价中的应用一、粘土矿物类型粘土矿物(clay minerals)是粘土和粘土岩中晶体一般小于2微米，主要是含水的铝、铁和镁的层状结构硅酸盐矿物。有的在其成分中还有某些碱金属或碱土金属存在。粘土矿物包括高岭石族矿物、蒙皂石、蛭石、粘土级云母、伊利石、海绿石、绿泥石和膨胀绿泥石以及有关的混层结构矿物，此外还包括具过渡性的层链状结构的坡缕石（凹凸棒石）和海泡石以及非晶质的水铝英石。除水铝英石外均属层状或层链状结构硅酸盐，因此粘土矿物可按层状结构硅酸盐矿物的分类来划分。粘土矿物按成因可分为他生粘土矿物和自生粘土矿物两类，他生粘土矿物主要是来自沉积物源区的陆源矿物，矿物成分与母源区岩石类型关系密切；自生粘土矿物为储层在特定成岩阶段化学反应析出的矿物，如自生绿泥石、自生高岭石等。不同成因粘土矿物通常具有不同的矿物组合、产状、晶形和分布规律等特征。粘土矿物的粒度细小，其大小和形态需用电子显微镜才能测定。多数粘土矿物如伊利石等呈鳞片状，结晶良好的高岭石则呈完整的假六方片状。少数粘土矿物呈管状（埃洛石）或纤维状（坡缕石和海泡石）。晶体结构与晶体化学特点决定了它们的如下一些性质。①离子交换性。具有吸着某些阳离子和阴离子并保持于交换状态的特性。一般交换性阳离子是Ca2+、Mg2+、H+、K+、(NH4)+、Na+，常见的交换性阴离子是(SO4)2-、CI-、(PO4)3-、(NO3)-。产生阳离子交换性的原因是破键和晶格内类质同象置换引起的不饱和电荷需要通过吸附阳离子而取得平衡。阴离子交换则是晶格外露羟基离子的交代作用。②粘土-水系统特点。粘土矿物中的水以吸附水、层间水和结构水的形式存在。结构水只有在高温下结构破坏时才失去，但是吸附水、层间水以及海泡石结构孔洞中的沸石水都是低温水，经低温（100～150℃）加热后就可脱出，同时象蒙皂石族矿物失水后还可以复水，这是一个重要的特点。粘土矿物与水的作用所产生的膨胀性、分散和凝聚性、粘性、触变性和可塑性等特点在工业上得到广泛应用。③粘土矿物与有机质的反应特点。有些粘土矿物与有机质反应形成有机复合体，改善了它的性能，扩大了应用范围，还可作为分析鉴定矿物的依据。此外，粘土矿物晶格内离子置换和层间水变化常影响光学性质的变化。蒙皂石族矿物中的铁、镁离子置换八面体中的铝，或者层间水分子的失去，都使折光率与双折射率增大。粘土矿物的形成方式有三种：①与风化作用有关。风化原岩的种类和介质条件如水、气候、地貌、植被和时间等因素决定了矿物种和保存与否。②热液和温泉水作用于围岩，可以形成粘土矿物的蚀变富集带。③由沉积作用、成岩作用生成粘土矿物。高岭土主要用作陶瓷原料、造纸的填料和涂层；主要由蒙脱石构成的膨润土用于作

南海粘土矿物组合特征及其环境意义_邱中炎

文章编号:1001-909X (2008)01-0058-07 收稿日期: 2006-05-15 基金项目:国家自然科学基金资助项目(40476050) 作者简介:邱中炎(1981-),男,广西柳州市人,硕士研究生,主要从事海洋环境记录方面的研究。南海粘土矿物组合特征及其环境意义邱中炎 1,2 ,沈忠悦3,韩喜球 1,2 ,陈建芳 1 (1.国家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州　310012; 2.国家海洋局海底科学重点实验室,浙江杭州　310012; 3.浙江大学地球科学系,浙江杭州　310027) 摘　要:利用X 射线衍射法(X RD )对南海12个海底表层沉积物和20个悬浮物样品中粘土矿物组成和分布特征进行了综合分析。结果表明:(1)研究区的表层沉积物粘土矿物以伊利石为主,其次为绿泥石、高岭石、伊/蒙间层矿物以及蒙皂石;悬浮物粘土矿物是以绿泥石为主,其次为高岭石、蒙皂石、伊利石以及伊/蒙间层矿物。(2)粘土矿物的组成和分布特征主要受气候条件、物质来源、水动力条件及相互间稀释作用的制约。伊利石的含量随离岸距离和水深的增加呈增大趋势;高岭石则在近岸区特别是河口区富集;绿泥石在西部沿岸海区的含量较低,在东部岛弧和北部台湾岛附近海区的含量较高;蒙皂石与火山作用密切相关,在东部火山岛弧附近海区含量较高。(3)粘土沉积物的来源以河流输入为主,海洋自生和风尘搬运对该区的沉积影响不大。(4)深海悬浮物粘土矿物的组成变化能够很好地指示短尺度气候环境的变迁,伊利石的结晶程度对气候和环境变化反映灵敏,其随所处环境的压力增大而变差。关键词:南海;粘土矿物;结晶度;环境意义中图分类号: P736.21 文献标识码:A 0　引言南海背靠亚洲大陆、外绕岛弧,是一个典型的半封闭性边缘海,其独特的地理位置和晚新生代以来的高沉积速率,引起了中外众多海洋地质学家的极大关注。海洋粘土矿物的分布非常广泛,它的组成和分布特征可以反映源区气候以及许多非气候条件,如物质来源、沉积环境和水动力条件等。对粘土矿物的组合、含量、粒度分布特征以及结构特点的深入研究,可为了解粘土矿物的形成、推测来源区气候环境的特征及沉积环境提供有益的信息,对解决相关的地质科学问题、改善生态环境具有重要意义。前人对南海表层沉积物中的粘土矿物特征曾进行了大量的研究[1-6] ,本文在对其组合特征进行研究的同时,还对不同季节、不同水深采集到的悬浮物样品中粘土矿物组合特征进行了研究,为未来南海粘土矿物来源及在时间和空间上变化的进一步研究提供科学依据。 1　样品及实验方法本文共采集了32个样品,其中12个样品来自于南海海底表层沉积物,20个样品来自于南海N E 2站位(17.2534°N 、119.5013°E )的海洋悬浮物(图1)。表层沉积物样品是利用箱式采集器采集的,悬浮物样品是1998年7月8日～1999年4月30日利用悬浮物采集器采集的。采集悬浮物时,将各采集器悬挂于浅、中、深3种不同水深处,当悬浮物缓慢沉淀到采集器中后,将悬浮物取出,经低温冷冻烘干后密封保存,供实验室分析和测量使用,采集的周期为半个月至一个月不等。实验室分析和测量步骤如下:(1)原样品经醋酸处理去除碳酸盐矿物后,用离心法分离,获得粒级小于2μm 的粘土矿物;(2)采用自然沉降法制取定向样品,并进行X 射线衍射(X RD)分析;(3)自然定向样品在60℃的乙二醇饱和蒸汽中恒温16h, 第26卷　第1期2008年3月海洋学研究 JOURNAL OF MARINE S CIENC ES V ol.26　N o.1M a r.,　2008

粘土矿物在地质、环境、材料科学领域中的应用

粘土矿物在地质、环境、材料科学领域中的应用随着人类对粘土矿物研究的日益深入以及粘土矿物在各领域中的应用日益加深，粘土矿物的独特性质正越来越受到人们的关注。粘土矿物分布的广泛性、特有的物理、化学、晶体结构的性质及其形成机理的独特性，决定了它在地质、环境、材料科学领域应用中的重要意义。 1.粘土矿物的结构特征概述粘土矿物是颗粒细小（<0.1mm）的含水层状结构硅酸盐矿物，其结构单元层是由si-o四面体片与Al-o八面体片按不同的规律连结起来而构成，按其连结方式的不同把粘土矿物分为1:1和2:1两种结构类型，前者如高岭石，后者如蒙脱石、伊利石、凹凸棒石等。粘土矿物结构单元层内部因发生离子的类质同象置换，比如四面体中Si离子被Ai离子置换，八面体中Ai离子被Fe、Mg离子置换，从而使其单元层表面具有电性。此外，粘土矿物颗粒细小，比表面积大，因而，粘土矿物会表现吸附性、离子交换性、胶体性、分散性和催化性，这些特征在地质、环境、材料科学领域中具有十分重要的意义。在粘土矿物中，硅、铝、氧是其中最主要的元素。在这些粘土矿物中，硅和氧结合生成硅氧四面体，铝和氧结合生成铝氧八面体，其中硅氧四面体分布在同一个平面内，彼此以三个角顶相连，从而形成二维延展的网层即四面体片。同样，铝氧八面体共用边角形成了八面体片。这些铝氧四面体片和硅氧八面体片又共用氧原子，将不同的片结合在一起，形成层状结构。粘土矿物除少数为非晶质外，大多是是由按四面体配位阳离子(Si4+、Al3+、Fe3+)和按八面体配位阳离子（Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+）组成层状或链状的硅酸盐化合物。层状硅酸盐的基本结构单元是硅氧四面体层或水镁石层或三水铝石八面体层。粘土矿物可分为高岭石类、蒙脱石类和云母类等。高岭石为1:1型结构，基本式为Si4Ai4O10（OH）8，个单元层间距小，小分子或阳离子很少有机会进入层际空隙中，故层际通常不发生离子交换，而是在粘土的表面和边、角发生。蒙脱石类和云母类粘土均为2:1型结构其基本式为Si3Ai4O20（OH）4·nH2O，由于同晶置换，这两种类型的粘土矿的离子交换除在层面的边、脚上发生，更多是由层际间的阳离子交换而形成。 2.粘土矿物在石油地质中的应用

粘土矿物在环境保护中的应用研究

粘土矿物在环境保护中的应用杨飞华姜志刚郑学松（北京市建材科学研究院北京100041）摘要无机非金属环境矿物材料基于其不同的性能广泛用于空气污染处理、废水处理和固体废弃物处理的环境治理，并在节能保温材料方面、在降噪隔声方面、在无形磁波污染控制方面、在自然灾害防治方面、在太阳能材料应用方面、在传动系统减震方面、在新型抗菌材料方面、在人体健康材料方面等都将起到重要作用， 1．粘土矿物材料的研究现状人类社会的发展史就是人们利用矿物材料的文明史。随着科学技术的发展和工业化程度的不断提高，许多金属材料的性能已不能适应高强、高速、高温、轻质、绝缘、耐腐蚀等方面的要求，因而非金属矿物材料的发展十分迅速，如美国汽车工业中轿车钢铁构件已由占81%降为61%，采用由非金属材料制成的构件大大减轻了车重，节约了钢材；发达国家一些原来从事钢铁、造船等行业的研究已转向新型材料及新型陶瓷的研究。同时，伴随着矿物材料的深加工技术的发展，矿物材料的利用价值和应用领域不断提高，如散装膨润土30美元/吨，而有机膨润土2400-3600美元/吨；重晶石散装未碎者40美元/吨，而药物级达2560美元/吨；石墨原矿500美元/吨，石墨密封材料7000美元/吨，而石墨乳10000美元/吨。近年来无机非金属矿物材料在环境保护中的应用不断加强，使矿物材料成为治理、修复环境污染的环境材料。新型材料是发展高新技术产业的重要支柱之一,随着材料结构向多元化、功能化、智能化发展,矿物材料已成为现代材料科学的重要组成部份。传统的或一般的矿物材料的应用是直接利用矿物(包括部分岩石)本身所具有的物理化学性质和工艺特性,而且只作为单一性能或低性能的一般材料来应用。如陶瓷矿物材料、建筑矿物材料、化工矿物材料和冶金辅助矿物材料等,这种传统的矿物材料都是低值材料或产品,并由于其本身性能的局限性或未得以强化增强,因而在诸多领域的应用受到限制。随着科学技术的发展,矿物材料正在向轻型、高纯、精细和复合方向发展,具有特殊功能的矿物材料已成为新型材料和应用技术研究开发的主流。因此,特种矿 2．粘土矿物在环境治理中的应用虽然物质文明提高、人类在创造物质文明的同时，也在不断破坏人类赖以生存的空间环境，地球温室效应、酸雨现象、高新技术产生的污染、臭氧层的穿孔、地球资源的枯竭、废弃物的增加等对地球环境的破坏越来越严重，保护环境、治理环境、有机地协调经济发展与生态环境保护已成为我国21世纪可持续发展的战略目标的重要内容。随着“在原料采用、产品制造、使用或者再生循环以及废料处理等环节中对地球负荷最小和最有利于人类健康的材料”绿色材料新概念的提出，矿物材料不仅是绿色材料主要组成，而且在环境保护和环境治理中起着重要的作用。 2.1矿物材料在治理空气污染中的应用大气污染系指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现足够的浓度，达

粘土矿物分析在储层潜在敏感性评价中的应用

粘土矿物在环境保护中的应用研究

粘土矿物在环境保护中的应用黏土的用途黏土 1．粘土矿物材料的研究现状人类社会的发展史就是人们利用矿物材料的文明史。随着科学技术的发展和工业化程度的不断提高，许多金属材料的性能已不能适应高强、高速、高温、轻质、绝缘、耐腐蚀等方面的要求，因而非金属矿物材料的发展十分迅速，如美国汽车工业中轿车钢铁构件已由占81%降为61%，采用由非金属材料制成的构件大大减轻了车重，节约了钢材；发达国家一些原来从事钢铁、造船等行业的研究已转向新型材料及新型陶瓷的研究。同时，伴随着矿物材料的深加工技术的发展，矿物材料的利用价值和应用领域不断提高，如散装膨润土30美元/吨，而有机膨润土2400-3600美元/吨；重晶石散装未碎者40美元/吨，而药物级达2560美元/吨；石墨原矿500美元/吨，石墨密封材料7000美元/吨，而石墨乳10000美元/吨。近年来无机非金属矿物材料在环境保护中的应用不断加强，使矿物材料成为治理、修复环境污染的环境材料。新型材料是发展高新技术产业的重要支柱之一,随着材料结构向多元化、功能化、智能化发展,矿物材料已成为现代材料科学的重要组成部份。传统的或一般的矿物材料的应用是直接利用矿物(包括部分岩石)本身所具有的物理化学性质和工艺特性,而且只作为单一性能或低性能的一般材料来应用。如陶瓷矿物材料、建筑矿物材料、化工矿物材料和冶金辅助矿物材料等,这种传统的矿物材料都是低值材料或产品,并由于其本身性能的局限性或未得以强化增强,因而在诸多领域的应用受到限制。随着科学技术的发展,矿物材料正在向轻型、高纯、精细和复合方向发展,具有特殊功能的矿物材料已成为新型材料和应用技术研究开发的主流。因此,特种矿 2．粘土矿物在环境治理中的应用虽然物质文明提高、人类在创造物质文明的同时，也在不断破坏人类赖以生存的空间环境，地球温室效应、酸雨现象、高新技术产生的污染、臭氧层的穿孔、地球资源的枯竭、废弃物的增加等对地球环境的破坏越来越严重，保护环境、治理环境、有机地协调经济发展与生态环境保护已成为我国21世纪可持续发展的战略目标的重要内容。随着“在原料采用、产品制造、使用或者再生循环以及废料处理等环节中对地球负荷最小和最有利于人类健康的材料”绿色材料新概念的提出，矿物材料不仅是绿色材料主要组成，而且在环境保护和环境治理中起着重要的作用。 2.1矿物材料在治理空气污染中的应用大气污染系指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现足够的浓度，达到足够的时间，并因此而危害了人体健康，舒适感或环境。大气污染物按其存在状态可分为气溶胶污染物和气态污染物两大类。其中气态污染物在一定的条件下可转化为气溶胶态污染

粘土矿物分析

粘土矿物分析 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT

作为岩石组分的粘土矿物其含量、种类及其分布、产状等对地层伤害有着非常密切的关系。由于粘土矿物颗粒细小（<0.01mm），比表面极大，并具有特殊的结构组成，因此它们对外来作业流体如注入水、压裂液、酸化液、压井液等的侵入极为敏感。当与外来流体接触时，粘土矿物往往会发生膨胀、微粒运移、生成某种沉淀等从而堵塞储层油气流动的孔隙通道，造成储层渗流能力的下降，损害油气层。因此了解粘土矿物的性质对油田开发十分重要。通过X射线衍射分析和扫描电子显微镜技术可以确定岩石中粘土矿物的含量、分布及产状等。选取了西泉5井的部分岩石样品进行了上述测定，测定结果见表1。表1 西泉5井区三叠系储层粘土矿物含量统计表根据X衍射和扫描电镜分析，韭菜园子组砂层以蒙皂石（包括蒙脱石和皂石两个亚族）为主，63％～98％，平均％；其次为伊/蒙混层（20％～99％，平均％），绿泥石（1％～55％，平均％），另有高岭石（1％～12％，平均％）和伊利石（2％～16％，平均％）（见表1）。对韭菜园子组敏感性的简单分析：（供参考）韭菜园子组伊/蒙混层和绿/蒙混层含量较多，伊/蒙混层和绿/蒙混层是遇水易膨胀的矿物，易发生粘土膨胀和分散造成地层伤害。韭菜园子组绿泥石含量相对较高（平均％），绿泥石是酸敏性矿物，酸化时易造成氢氧化铁胶体沉淀（酸敏）。另外伊利石和高岭石是速敏性矿物，易造成颗粒运移堵塞地层。粘土矿物分析在储层潜在敏感性评价中的应用

一、粘土矿物类型粘土矿物(clay minerals)是粘土和粘土岩中晶体一般小于2微米，主要是含水的铝、铁和镁的层状结构硅酸盐矿物。有的在其成分中还有某些碱金属或碱土金属存在。粘土矿物包括高岭石族矿物、蒙皂石、蛭石、粘土级云母、伊利石、海绿石、绿泥石和膨胀绿泥石以及有关的混层结构矿物，此外还包括具过渡性的层链状结构的坡缕石（凹凸棒石）和海泡石以及非晶质的水铝英石。除水铝英石外均属层状或层链状结构硅酸盐，因此粘土矿物可按层状结构硅酸盐矿物的分类来划分。粘土矿物按成因可分为他生粘土矿物和自生粘土矿物两类，他生粘土矿物主要是来自沉积物源区的陆源矿物，矿物成分与母源区岩石类型关系密切；自生粘土矿物为储层在特定成岩阶段化学反应析出的矿物，如自生绿泥石、自生高岭石等。不同成因粘土矿物通常具有不同的矿物组合、产状、晶形和分布规律等特征。粘土矿物的粒度细小，其大小和形态需用电子显微镜才能测定。多数粘土矿物如伊利石等呈鳞片状，结晶良好的高岭石则呈完整的假六方片状。少数粘土矿物呈管状（埃洛石）或纤维状（坡缕石和海泡石）。晶体结构与晶体化学特点决定了它们的如下一些性质。①离子交换性。具有吸着某些阳离子和阴离子并保持于交换状态的特性。一般交换性阳离子是Ca2+、Mg2+、H+、K+、(NH4)+、Na+，常见的交换性阴离子是(SO4)2-、CI-、(PO4)3-、(NO3)-。产生阳离子交换性的原因是破键和晶格内类质同象置换引起的不饱和电荷需要通过吸附阳离子而取得平衡。阴离子交换则是晶格外露羟基离子的交代作用。②粘土-水系统特点。粘土矿物中的水以吸附水、层间水和结构水的形式存在。结构水只有在高温下结构破坏时才失去，但是吸附水、层间水以及海泡石结构孔洞中的沸石水都是低温水，经低温（100～150℃）加热后就可脱出，同时象蒙皂石族矿物失水后还可以复水，这是一个重要的特点。粘土矿物与水的作用所产生的膨胀性、分散和凝聚性、粘性、触变性和可塑性等特点在工业上得到广泛应用。③粘土矿物与有机质的反应特点。有些粘土矿物与有机质反应形成有机复合体，改善了它的性能，扩大了应用范围，还可作为分析鉴定矿物的依据。此外，粘土矿物晶格内离子置换和层间水变化常影响光学性质的变化。蒙皂石族矿物中的铁、镁离子置换八面体中的铝，或者层间水分子的失去，都使折光率与双折射率增大。粘土矿物的形成方式有三种：①与风化作用有关。风化原岩的种类和介质条件如水、气候、地貌、植被和时间等因素决定了矿物种和保存与否。②热液和温泉水作用于围岩，可以形成粘土矿物的蚀变富集带。③由沉积作用、成岩作用生成粘土矿物。