粘土礦物在水中的聚集特征和方式

粘土礦物在水中的聚集特征和方式第一頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三1.1OriginofClayMinerals“Thecontactofrocksandwaterproducesclays,eitheratornearthesurfaceoftheearth”(fromVelde,1995).

Rock+WaterClayForexample,TheCO2gascandissolveinwaterandformcarbonicacid,whichwillbecomehydrogenionsH+andbicarbonateions,andmakewaterslightlyacidic. CO2+H2OH2CO3H++HCO3-TheacidicwaterwillreactwiththerocksurfacesandtendtodissolvetheKionandsilicafromthefeldspar（長石）.Finally,thefeldsparistransformedintokaolinite.Feldspar+hydrogenions+waterclay(kaolinite)+cations,dissolvedsilica 2KAlSi3O8+2H++H2OAl2Si2O5(OH)4+2K++4SiO2Notethatthehydrogeniondisplacesthecations.第二頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三1.2BasicUnit-SilicaTetrahedra

1Si4OHexagonalhole(Si2O10)-4ReplacefourOxygenwithhydroxylsorcombinewithpositiveunionTetrahedronPlural:Tetrahedra第三頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三DifferentcationsGibbsitesheet:Al3+Al2(OH)6,2/3cationicspacesarefilledOneOHissurroundedby2Al:Dioctahedralsheet1Cation6OorOHBrucitesheet:Mg2+Mg3(OH)6,allcationicspacesarefilledOneOHissurroundedby3Mg:Trioctahedralsheet第四頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三第五頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三第六頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三Minerals-KaoliniteBasalspacingis7.2?Si4Al4O10(OH)8.PlatyshapeThebondingbetweenlayersarevanderWaalsforcesandhydrogenbonds(strongbonding).ThereisnointerlayerswellingWidth:0.1~4m,Thickness:0.05~2m

17mTrovey,1971(fromMitchell,1993)第七頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三MontmorilloniteSi8Al4O20(OH)4·nH2O(Theoreticalunsubstituted).Film-likeshape.Thereisextensiveisomorphoussubstitutionforsiliconandaluminumbyothercations,whichresultsinchargedeficienciesofclayparticles.n·H2Oandcationsexistbetweenunitlayers,andthebasalspacingisfrom9.6?to(afterswelling).TheinterlayerbondingisbyvanderWaalsforcesandbycationswhichbalancechargedeficiencies(weakbonding).Thereexistsinterlayerswelling,whichisveryimportanttoengineeringpractice(expansiveclay).Width:1or2m,Thickness:10?~1/100width(HoltzandKovacs,1981)第八頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三Minerals-Illite(mica-likeminerals)potassiumSi8(Al,Mg,Fe)4~6O20(OH)4·(K,H2O)2.Flakyshape.Thebasicstructureisverysimilartothemica,soitissometimesreferredtoashydrousmica.Illiteisthechiefconstituentinmanyshales.SomeoftheSi4+inthetetrahedralsheetarereplacedbytheAl3+,andsomeoftheAl3+intheoctahedralsheetaresubstitutedbytheMg2+orFe3+.Thosearetheoriginsofchargedeficiencies.Thechargedeficiencyisbalancedbythepotassiumionbetweenlayers.Notethatthepotassiumatomcanexactlyfitintothehexagonalholeinthetetrahedralsheetandformastronginterlayerbonding.Thebasalspacingisfixedat10?inthepresenceofpolarliquids(nointerlayerswelling).Width:0.1~severalm,Thickness:~30?第九頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三Minerals-Vermiculite(micalikeminerals)Theoctahedralsheetisbrucite.Thebasalspacingisfrom10?to14?.ItcontainsexchangeablecationssuchasCa2+andMg2+andtwolayersofwaterwithininterlayers.Itcanbeanexcellentinsulationmaterialafterdehydrated.VermiculiteIllite第十頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三溶液中粘土表面的雙電層

定義粘土顆粒在水中表面帶負電荷，通過靜電作用可把交換性陽離子(稱為反離子)吸引在它的周圍。這些反離子一方面受負電荷的吸引靠近粘土表面，另一方面由于反離子的熱運動及反離子之間的斥力，會脫離粘土顆粒向溶液中擴散，其結(jié)果構(gòu)成了擴散雙電層。粘土顆粒周圍的陽離子只有一部分同粘土顆粒一起運動，這部分同粘土吸引得比較牢固的陽離子層，稱為吸附層。另一部分陽離子距離粘土顆粒稍遠，不隨粘土一起運動，這一部分稱為擴散層。吸附層和擴散層的交界面稱為滑動面。第十一頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三電解質(zhì)壓縮雙電層作用粘土顆粒運動中因丟掉擴散層中的反離子而顯示出一定的電勢,稱為電動電勢(ζ電位),其數(shù)值取決于吸附層內(nèi)反離子總電荷。電解質(zhì)對電動電勢影響較大，溶液中陽離子濃度越高，進入吸附層的陽離子數(shù)量多，ζ電位降低，當反離子全部進入吸附層時，這種現(xiàn)象稱為電解質(zhì)壓縮雙電層。第十二頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三聚集方式粘土礦物一般呈片狀。它們之間的接觸方式主要有面-面、邊-邊、邊-面三種基本類型。面對面的片狀堆積結(jié)構(gòu)稱為分散結(jié)構(gòu)或片堆結(jié)構(gòu)（疊聚體）。以邊-面、邊-邊聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)稱為凝聚結(jié)構(gòu)或片架結(jié)構(gòu)（絮凝體）。

第十三頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三8.2ParticleAssociationsDispersedanddeflocculatedAggregatedbutdeflocculatedEdge-to-faceflocculatedandaggregated