粘土礦

粘土礦（clay minerals） 是組成粘土巖和土壤的主要礦物。它們是一些含鋁、鎂等為主的含水硅酸鹽礦物。除海泡石、坡縷石具鏈層狀結構外，其餘均具層狀結構。顆粒極細，一般小於0.01毫米。加水後具有不同程度的可塑性。

包括高嶺石族、伊利石族、蒙脱石族、蛭石族以及海泡石族等礦物。

主要用作陶瓷和耐火材料，並用於石油、建築、紡織、造紙、油漆等工業。

晶體結構與晶體化學特點決定了它們的如下一些性質。①離子交換性。具有吸着某些陽離子和陰離子並保持於交換狀態的特性。一般交換性陽離子是Ca²⁺、Mg²⁺、H⁺、K⁺、NH₄⁺、Na⁺，常見的交換性陰離子是SO₄^2-、Cl^-、PO₄^3-、NO₃^-。高嶺石的陽離子交換容量最低，5～15毫克當量/100克；蒙脱石、蛭石的陽離子交換容量最高，100～150毫克當量/100克。產生陽離子交換性的原因是破鍵和晶格內類質同象置換引起的不飽和電荷需要通過吸附陽離子而取得平衡。陰離子交換則是晶格外露羥基離子的交代作用。②粘土－水系統特點。粘土礦物中的水以吸附水、層間水和結構水的形式存在。結構水只有在高温下結構破壞時才失去，但是吸附水、層間水以及海泡石結構孔洞中的沸石水都是低温水，經低温(100～150℃)加熱後就可脱出，同時象蒙皂石族礦物失水後還可以覆水，這是一個重要的特點。粘土礦物與水的作用所產生的膨脹性、分散和凝聚性、粘性、觸變性和可塑性等特點在工業上得到廣泛應用。③粘土礦物與有機質的反應特點。有些粘土礦物與有機質反應形成有機複合體，改善了它的性能，擴大了應用範圍，還可作為分析鑑定礦物的依據。如蒙脱石中可交換的鈣或鈉被有機離子取代後形成有機複合體，使層間距離增大，從原有親水疏油轉變為親油疏水，利用這種複合體可以製備潤滑脂、油漆防沉劑和石油化工產品的添加劑。其他如蛭石、高嶺石、埃洛石等也能與有機質形成複合體。此外，粘土礦物晶格內離子置換和層間水變化常影響光學性質的變化。蒙皂石族礦物中的鐵、鎂離子置換八面體中的鋁，或者層間水分子的失去，都使折光率與雙折射率增大。

粘土礦物是影響砂岩儲集性能的重要因素。粘土礦物成因、絕對含量、成分、產狀及晶體形態等都與砂岩儲集性能有一定的關係。研究表明，粘土礦物對砂岩儲集性能的影響程度與砂岩本身的成熟度有關。當砂岩成熟度高時，隨粘土礦物絕對含量的增加，其儲集性能降低，尤其是滲透率降低；但高成熟度砂岩隨高嶺石和充填狀粘土礦物含量增高，物性相對變好。當砂岩的結構和成分成熟度比較低時，粘土礦物對其儲集物性影響較小，而主要與岩石本身的成分和結構有關。研究還表明，不同形態的伊利石對砂岩的物性影響也不同，片狀伊利石有利於改善儲層物性，而纖維狀和髮絲狀伊利石增多會使砂岩儲集物性降低或變為非儲層。 ^[1] 

粘土礦物在沉積和埋藏作用過程中可發生轉變 。它的形成和轉化與其所處的環境有密切關係，因此深入研究粘土礦物的組合與含量的變化、結構特點與轉化規律以及粒度分佈等特徵，可以推測其形成區和來源區的風化作用類型和氣候演變規律，有助於揭示全球性的環境演變規律。對粘土礦物的大量研究所揭示的古氣候環境演變的信息，已被用於重建古氣候和恢復大陸古環境。此外，由於粘土礦物具有較強的吸附性、離子交換性和膨脹性，對水體中各種類型的污染物有良好的吸附性能，並使土壤有一定的自淨作用，所以在環境污染的防治中有廣闊的應用前景。 ^[2]