黏土矿物的基本结构形式

    6.1.1　黏土矿物的基本结构形式

    黏粒矿物包括晶质层状硅酸盐黏土矿物，晶质和非晶质的铁、铝、锰、硅等氧化物和氢氧化物，以及组分不定的凝胶类硅酸盐。组成黏粒的黏土矿物是扁平状或盘状的，具有巨大的表面积和一定的表面负电荷，使得黏粒具有极强的吸附水分子能力，组成相对较厚的吸附水层也称水膜，与水中的阳离子结合形成了双电层。

    黏土矿物大多是铝硅酸盐类，它们的结晶由两种基本结构单元组成^［1］:一种基本结构单元是氧离子围绕一个中心的阳离子，通常是硅氧四面体;另一种基本结构单元是氧离子或氢氧基离子围绕一个较大的阳离子，通常是铝氧八面体。1∶1型的高岭石类黏土矿物，其晶格的基层为一对硅－铝片，它们以交互形式堆积，由氢键紧密结合成多层晶格的六角形晶片，其单位化学式为Al₂［Si₂O₅］(OH)₄。水和离子很难进入基层片，通常也不能将它们分开。只有晶片外部的边和面是暴露的，比表面积小，颗粒较大。所以高岭石类的黏土矿物吸水湿胀弱，黏结力和塑性等也随之减弱。其矿物结构单元形式见图6.1^［2］。

    2∶1型开放型的蒙脱石类黏土矿物则与高岭石相反，其结晶层片是松散集聚的，水和离子可被吸入到层片间的间隙面，于是结晶膨胀如同一个整合离子，先分离成薄片状单元，最后成为个别层片，约有1μm厚。蒙脱石单位化学式为M_0.33 Al_1.67(Mg，Fe²⁺)_0.33［Si₄O₁₀］(OH)₂，层电荷数较低，为0.2～0.6，层间为水化的交换性阳离子(Ca、Mg、Na等)，蒙脱石膨胀后，其内表面和外表面都起作用，可使有效比表面积增加数倍。蒙脱石的水化特性表现出明显的胀缩行为，土的黏结力和塑性也随之加强。蒙脱石的显著特征是层间能吸水膨胀，有强膨胀性，特别是层间为交换性钠离子时，在潮湿条件下，其晶层间距大于2μm，失水收缩时为1μm。蒙脱石在水中能分散，特别是钠蒙脱石具有高度分散性，在水中易分散成极薄的片，而钙蒙脱石分散性较差。蒙脱石颗粒细小，有很大的比表面积，为600～800 m²/g，且以内表面积为主。蒙脱石的吸湿性、胀缩性和对阳离子的交换吸附性是其主要特征。

    伊利石类黏土矿物的吸水性居于蒙脱石和高岭石之间，其铝硅比例虽是2∶1，但属于非膨胀类型的黏土矿物。在四面体晶格中有15%的硅被铝同晶替代，故在晶片上表现出相对高密度的负电荷，可吸附钾离子紧密固定在结晶片上。结晶层结合在一起，有效阻止了整个晶格的分离和膨胀。

    

    

    图6.1　高岭石与蒙脱石矿物结构单元形式