Question

层状结构硅酸盐亚类矿物

Answer 1

层状结构硅酸盐矿物在地壳中分布最广，尤其在粘土矿物中分布最多。粘土矿物是指产于粘土和粘土质岩石中，结晶颗粒微细(一般小于2μm)，且化学组分主要为铝、镁、铁的含水的层状结构硅酸盐矿物。

层状结构硅酸盐矿物的许多性质都是由其特殊的层状结构决定的。就其形态而言，均呈假六方片状或短柱状，有完全的{001}解理。在物理性质上表现为硬度小，密度也不高。云母族矿物还具有弹性。

由于粘土矿物颗粒的粒径极其微细(有些属于纳米级)，具有极大的比表面积以及特殊的层状结构，甚至呈现出某些纳米效应。在粘土矿物的诸多性质中，最引人注目的是它们的膨润性(或膨胀性)、离子吸附的可交换性、催化性和可塑性等特殊功能。这些性能在石油、工程地质、环境保护和材料科学等领域有着广泛的用途。

1.膨润性

粘土矿物因吸水(溶液)而体积增大的现象，即称为粘土矿物的膨润性。粘土矿物的膨润性有内部膨润和外部膨润两种。当水被粘土矿物吸入结构单元层之间，从而使结构层间距(d)扩大，即为内部膨润。此外因粘土矿物粒径极细，具有较大的比表面能，部分水分子被吸附在粘土矿物表面，使粘土矿物晶粒间产生膨大，是为外部膨润。

在油田注水采油时，地层中膨润性大的粘土矿物，常常会造成运油空间被堵塞而降低出油率。又由于粘土矿物的膨润性，而使地质体发生体积膨胀，以至于影响工程地基和建筑物的安全与稳定。

2.离子吸附的可交换性

可用一种离子取代原先吸附于粘土矿物颗粒上的另一种离子的性质，称为离子吸附的可交换性。与胶体质点的性质相似，粘土矿物的颗粒表面也是带有电荷的，并依表面的荷电性不同，离子交换可分为阳离子交换性和阴离子交换性。

至于离子的置换能力，一般地说，在其他条件相同时，阳离子电价愈高，置换能力愈强;在电价相同时，置换能力随离子半径增大而增强，这是因为随着半径的增大，离子的水化能减小，即以较小的能量与水联系的缘故。

3.催化性

粘土矿物由于颗粒细小和结构上的原因，对有机质具有很强的亲和力。有机质不仅可被吸附于粘土矿物的颗粒表面，而且也可呈结晶状态进入粘土矿物的结构单元层之间的氧原子面上，或者形成粘土矿物与有机质之间的混合层结晶，由此而形成的物质，即称为粘土－有机质复合体。

有机质与粘土矿物形成复合体后，可使有机质在沉积、埋藏后的早期阶段不被破坏。但随着成岩作用和脱水作用(层间水或结构水)的进行，出现在粘土矿物表面上的质子酸中心对烃类裂解的催化作用增强，从而可促使有机质向石油转化。

4.可塑性

掺水或溶液揉和的粘土矿物块体在外力作用下会出现变形，在逐渐加大压力过程中，这种块体并不发生破裂而呈现出连续地变形，撤去外力后也不再恢复原状的性质即谓之可塑性。可塑性是评价一些以粘土矿物为主要成分的岩石力学性质的基础，同时也是选择和确定建筑物和工程地基土质许可承载力的依据。

(一)蛇纹石－高岭石族

1.蛇纹石亚族

蛇纹石(Serpentine) Mg₆［Si₄O₁₀］(OH)₈

单斜晶系。单晶体极为罕见。一般呈显微叶片状、显微鳞片状、致密块状集合体，或呈具胶凝体特征的肉冻状块体(图4－45)。呈纤维状的蛇纹石，称做蛇纹石石棉或温石棉。

一般呈不同色调的绿色和黄绿色，也有呈白色、浅黄色、灰色、蓝绿色或褐黑色者等;常见的块体呈油脂光泽或蜡状光泽，纤维状者呈丝绢光泽。硬度2.5～3.5;除纤维状外，{001}解理完全。密度2.55g/cm³左右。蛇纹石石棉具良好的柔韧性。

蛇纹石主要是由超基性岩，如橄榄岩或辉石岩和白云岩等，经过热液蚀变而形成的。此种作用称为蛇纹石化。

蛇纹石板材可以用做建筑饰面材料。色泽鲜艳的致密块体，称做岫玉(岫岩玉)，是玉石雕刻的工艺材料。1997年辽宁岫岩县发现了重达6万吨的一块巨大岫玉。

图4－45 含脉蛇纹石

图4－46 高岭石电子显微照片(据RayFrost)

★根据其颜色、光泽、较小的硬度、纤维状或块状形态以及产状加以识别。

温石棉的抗张强度高，柔韧性好可以制成各种石棉织物和制品，用于隔热、阻燃和绝缘等，广泛应用于建筑、化工、医药、冶金等部门。

2.高岭石亚族

高岭石(Kaolinite) Al₄［Si₄O₁₀］(OH)₈

三斜晶系。单晶体呈细小的菱形片状或六方片状(图4－46)。通常为致密块状或土状集合体。

白色，因含杂质而有时染成浅黄、浅灰、浅红、浅绿、浅褐等色;致密块体集合体呈土状光泽或蜡状光泽。硬度2;{001}解理完全。密度2.61～2.68g/cm³。具吸水性、可塑性。

高岭石是粘土矿物中分布最广的一种，也是粘土中最主要的组分之一。由长石、似长石等矿物风化或蚀变而成，有时可以形成规模巨大的矿床。我国盛产优质高岭石，著名产地有江西景德镇，江苏苏州的羊山，河北唐山，福建福清，湖南醴陵等地。

★土状块体、硬度低、具可塑性、吸水性(吸水后体积不膨胀)等易于鉴别。

高岭石可塑性好，耐火度高，焙烧后强度增高而且成型性好，又呈洁白色，所以是上等陶瓷原料。此外在电器、建材，以及化工、橡胶和造纸等工业中，作主要或辅助原料。

(二)滑石－叶蜡石族

1.滑石亚族

滑石(Talc) Mg₃［Si₄O₁₀］(OH)₂

单斜晶系。偶见假六方或菱形片状晶体。通常呈致密块状、鳞片状、片状集合体产出。

无色透明或白色，但因含少量杂质而可呈现浅绿、浅黄、浅棕甚至浅红色。玻璃光泽，致密块状者呈油脂光泽，解理面上呈珍珠光泽。{001}解理完全;硬度1;手触之有滑腻感;薄片具挠性。致密块状集合体具贝壳状断口。密度2.58～2.83g/cm³。耐火、绝缘性能好。

主要成因是由富镁的超基性岩、白云岩经热液蚀变交代而成。低温热变质作用形成的滑石见于硅质白云岩中，我国辽宁盖县一带是滑石主要产地之一。

★低硬度，有滑感，薄片具挠性，以及其产状为特征。

在造纸、陶瓷和橡胶工业中用作填充剂，纺织工业中用作漂白剂，电子工业中用于制作绝缘器件、冶金工业中用作耐火材料。此外也用于化妆品，润滑剂等，亦可作雕刻石材。

2.叶蜡石亚族

叶蜡石(Pyrophyllite)Al₂［Si₄O₁₀］(OH)₂

单斜晶系。单晶体极为罕见。通常呈鳞片状、叶片状、放射花瓣状或致密块状集合体。

白色、黄色、浅蓝、浅绿、灰色等;玻璃光泽，致密块状者呈蜡状光泽，解理面上显珍珠光泽。{001}解理完全;薄片具挠性;硬度1～2。具滑腻感。密度2.65～2.84g/cm³。

叶蜡石绝缘性好。加水后不能水化，无膨胀性。对有机分子也不能吸附，难以染色。

叶蜡石主要是由富铝的中、酸性火山岩、凝灰岩经热液蚀变而成。在某些富含铝的变质岩中亦有产出，系由粘土矿物在高温下变质而成。

★低硬度、颜色浅、有滑感与其产状为特征。

在工业上可代替滑石的部分用途。

3.蒙脱石亚族

蒙脱石(Montmorillonite) (Na，Ca)_0.33(Al，Mg，Fe)₂［(Si，Al)₄O₁₀］(OH)₂·nH₂O

单斜晶系。通常呈土状或块状集合体产出。

白色或灰白色，因含杂质而染有黄、浅玫瑰红、蓝或绿等色;蜡状光泽或土状光泽。硬度1～2。密度2～3g/cm³。有滑感。具强吸附性和离子交换性。因此可以作漂白剂。蒙脱石是构成膨润土和漂白土中最主要的组成矿物。蒙脱石吸水后体积急剧膨胀，并分散成糊状。受热脱水后产生体积收缩。在工程地基和建筑中必须充分考虑到这种膨胀性和体积收缩性所造成的潜在危害性。

主要由基性火山岩，特别是基性的火山凝灰岩在碱性环境中经蚀变或风化而成。海底沉积的火山灰的分解产物经低温热液蚀变作用也可形成。

★土状、吸水后膨胀并分散成糊状是其鉴定特征。

蒙脱石因其强的吸附能力和大的离子交换性能用于脱色、漂白工艺，被广泛应用于陶瓷、染料、造纸、橡胶等工业部门，以及油脂及石油的净化工艺中。钻探工程中用作泥浆原料。

(三)蛭石族

蛭石(Vermiculite) (Mg，Ca)_0.5(Mg，Fe³⁺，Al)₃［(Si，Al)₄O₁₀］(OH)₂·4H₂O

单斜晶系。晶体常保持黑云母或金云母的片状或鳞片状假象;集合体与其他粘土矿物呈土状。

褐黄色至褐色，青铜黄色，有时带有绿色色调;珍珠光泽，但较黑云母弱。硬度1～1.5;{001}解理完全;薄片具挠性。密度2.4～2.7g/cm³，因含水量不同而有变化。蛭石最具鉴定意义的性质是灼烧加热时，体积骤然膨胀并卷曲形如水蛭(蚂蟥)状，呈银灰或古铜色的膨胀体，此时密度亦迅速下降到0.6～0.9g/cm³间，可以漂浮于水面上。经过焙烧的蛭石膨胀体，具有极高的隔热和隔音性能。

由黑云母或金云母经低温热液蚀变或风化作用所形成，也可由基性岩受酸性岩浆的热变质作用而成。

★结晶粗的蛭石，颜色、形态似金云母，具明显的挠性;灼烧爆裂成蛭虫状，特征显著。

焙烧后的蛭石，用作隔热、消声材料，也用于造纸、涂料和农业肥料基中。

(四)云母族

1.金云母亚族

本亚族金云母和铁云母KFe［Si₃AlO₁₀］(OH)₂间呈完全类质同象系列，中间成员为黑云母。

金云母(Phlogopite) KMg₃［AlSi₃O₁₀］(OH，F)₂

黑云母(Biotite) K(Mg，Fe)₃［AlSi₃O₁₀］(OH，F)₂

单斜晶系。单晶体呈假六方短柱状、板状或片状。集合体呈鳞片状或片状。

金云母呈无色、浅黄、浅棕色、红棕色、浅绿色;黑云母因含铁量高，故颜色较深，呈深褐、绿黑乃至黑色;玻璃光泽，解理面显珍珠光泽。{001}解理极完全;薄片具弹性;硬度2～3。金云母的密度2.76～2.90g/cm³;黑云母为3.02～3.12g/cm³。含铁量很少的金云母，绝缘性良好，热稳定性强。黑云母因含铁量高，绝缘性极差。

金云母主要产于富镁质超基性岩如金伯利岩，以及白云质大理岩的接触变质带中。

黑云母是主要造岩矿物之一。广泛分布于岩浆岩，特别是酸性或偏碱性的岩石中，亦见于遭受热变质或区域变质作用的泥质岩石中。在花岗伟晶岩中，常可见到粗大的黑云母，如我国内蒙古大青山和新疆阿尔泰等地区的伟晶岩中产有粗大的黑云母晶体。

★片状形态、颜色以及弹性等为特征。金云母与黑云母的不同之处，是金云母颜色较浅或无色。黑云母与蛭石之间最大的不同是灼烧受热后不会膨胀。

金云母粗大者可用作绝缘材料。鳞片状黑云母、金云母可作建筑填充材料。

2.白云母亚族

白云母(Muscovite) KAl₂［AlSi₃O₁₀］(OH)₂

单斜晶系。晶体呈假六方柱状、板状或片状(图4－47);集合体呈片状、鳞片状;细鳞片状集合体并具丝绢光泽者，称为绢云母。

薄片无色透明，含杂质者则微具浅黄、浅绿、浅红等色;玻璃光泽，解理面显珍珠光泽。薄片具弹性;硬度2.5～3;{001}解理极完全。密度2.77～2.88g/cm³。绝缘性和隔热性优良。

白云母是分布很广的造岩矿物之一，在三大岩类中均有产出。在酸性岩浆结晶晚期以及伟晶作用阶段，均有大量白云母生成。由高温热液蚀变作用形成的白云母和石英共生体称云英岩化作用，而在中低温蚀变作用中将长石和泥质岩石大规模改造为绢云母，称绢云母化作用。

泥质岩在低级区域变质过程中可以形成绢云母。变质程度稍高时，形成白云母。风化破碎成细鳞片状白云母，可以成为碎屑沉积物中的碎屑物，也是泥质岩的矿物成分之一。

★以其无色或浅色，片状形态，{001}极完全解理，薄片具弹性为特征。

电气、电子、航空等工业的重要矿物材料。细鳞片用于建筑、橡胶业以及耐火材料中。

图4－47 白云母晶簇

(五)绿泥石族

绿泥石(Chlorite) (Mg，Al，Fe)₆［(Si，Al)₄O₁₀］(OH)₈

单斜晶系。单晶体呈假六方片状、板状;集合体呈土状、鳞片状或球粒状。

带有黄褐、棕、紫、蓝或黑色调的绿色，一般含铁量越高，颜色越深;玻璃光泽或土状光泽，解理面上可显珍珠光泽。硬度2～3;片状绿泥石具{001}完全解理;薄片柔软，具挠性。密度2.6～3.3g/cm³。

低级变质带中绿片岩相的主要矿物。在岩浆岩中，绿泥石多为铁镁质矿物如角闪石、辉石、黑云母等的次生矿物。热液蚀变形成的绿泥石在中低温热液矿床中分布广泛，这种围岩蚀变称为绿泥石化。在沉积岩中和地表的粘土中常作为细小的碎屑物广泛分布。

★以其片状形态、浅绿至深绿色、较低的硬度和{001}完全解理作为特征。