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内容简介

《黏土矿物学》一书从黏土矿物的晶体化学特征、分类命名、黏土矿物各族的晶体结构特征、物理化学性质、成因与分布、分离提纯技术、研究方法和应用现状等八个方面对黏土矿物进行系统论述，涉及蛇纹石-高岭石族、滑石-叶腊石族、云母族、蒙皂石-蛭石族、绿泥石族 、坡缕石-海泡石族和间层矿物等黏土矿物各族的晶体结构，以及黏土矿物的四类成因类型，即风化型、自生型、成岩型和蚀变型。力图将近年来黏土矿物发展以及在各领域的应用研究现状尽可能全面系统地呈现给读者，为读者学习黏土矿物学和从事黏土矿物的科学研究提供方便。
本书可作为地球科学、材料科学、土壤科学、环境科学等学科的本科生和研究生教材，也可作为相关领域科研人员的参考书和工具书。

作者简介

高翔，中国地质大学，副教授，近几年作者在进行青藏高原盐湖中的粘土矿物研究时发现，从上个世纪九十年代中期至今，国际上对粘土矿物的研究有了迅猛发展，除作为传统工业应用外，粘土矿物在功能材料和环境材料、古环境古气候重建领域等新领域也取得了众多显著成果。近五年，作为项目负责人，承担的主要科研任务如下：
（1）973松科1井项目的专题“松科1井嫩江组白云岩的成因研究”（2008-2010年）；
（2）中农矿产资源公司“老挝甘蒙省钾镁盐矿床含盐系的物质组分及成钾机理研究”（2010-2012）；
（3）中央高校基本科研业务费“中国高寒区盐湖表层沉积物中粘土矿物对气候环境的响应”（2010-2013年）；
（4）973钾盐项目的专题“兰坪-思茅新生代残留盆地含盐系的物质组分、来源和钾盐沉积特征”（2011-2015年）。

共发表文章二十余篇，其中近两年发表的论文如下：
1、 高翔，王平康，李秋英，王成善，高远.2010.松科1井嫩江组湖相含铁白云石的准确定名和矿物学特征.岩石矿物学杂志. 29:213-218.
2、 高翔，王平康，彭强,高远，王成善.松科1井嫩江组湖相白云岩的成因研究.2011.矿物岩石地球化学通报. 30(增刊):273.
3、 高翔，沈渭洲，刘莉莉，姚薇.2011.粤北302铀矿床围岩蚀变的地球化学特征和成因研究. 岩石矿物学杂志.30:71-82.
4、 Gao X., Fang Q.F., Peng Q., Ma H.W., 2011. Climate recorded by clay minerals from surface sediments of Lake Kusai, the Hoh xil Area, China. ACTA MINERALOGICA-PETROGRAPHICA ABSTRACT SERIES. 6(3):634.
5、 Gao X., Wang P.K., Li D.R., Peng Q., Wang C.S., Ma H.W., 2012. Petrologic characteristics and genesis of dolostone from the Campanian of the SK-I Well Core in the Songliao Basin, China. Geoscience Frontier. doi:10.1016/j.gsf.2011.12.014.
6、 Gao X., Peng Q., Fang Q.F., Cai K.Q., Ma H.W. 2012. The evidence of authigenic clay minerals from surface sediments of salt lakes, the Hoh xil Area, China.

目录

第一章黏土矿物的晶体化学特征1
第一节基本结构单元1
第二节基本结构层3
第三节层间域、层间物、层电荷和单位结构4
第四节有序-无序和多型5
参考文献6
第二章黏土矿物分类与命名7
第一节分类7
第二节命名9
参考文献12
第三章黏土矿物族的晶体结构特征13
第一节蛇纹石-高岭石族 13
第二节滑石-叶腊石族 21
第三节云母族24
第四节蒙皂石-蛭石族32
第五节绿泥石族39
第六节坡缕石-海泡石族46
第七节间层矿物48
参考文献56
第四章黏土矿物的物理化学性质58
第一节基本概念58
第二节吸附性65
第三节膨胀性68
第四节黏土胶体的流变性质71
第五节黏土-有机质相互作用71
参考文献73
第五章黏土矿物的成因和分布74
第一节风化黏土矿物74
第二节自生黏土矿物78
第三节成岩黏土矿物82
第四节蚀变黏土矿物84
参考文献86
第六章黏土矿物的分离提纯技术方法87
第一节分散87
第二节分离88
第三节分离程序简介92
参考文献95
第七章黏土矿物的研究方法96
第一节X射线衍射分析96
第二节透射电子显微镜分析106
第三节傅里叶变换红外光谱分析111
第四节热分析115
第五节比表面积和孔隙率121
参考文献128
第八章黏土矿物的应用138
第一节概述138
第二节黏土矿物的传统应用140
第三节纳米复合材料和催化剂149
第四节黏土与环境保护和人类健康157
第五节沉积黏土矿物在地质测年方面的应用168
第六节黏土矿物重建古环境气候的应用170
第七节黏土矿物在油气地质方面的应用178
第八节宝玉石中的黏土矿物189
参考文献200
附录1常见黏土矿物粉晶X射线衍射数据211
附录2黏土矿物中英文名称对照表227
附录3常见黏土矿物的扫描电镜照片228

精彩书摘

　　《黏土矿物学》：
　　（7）海泡石和坡缕石族（Sepiolite and Palygorskite Group）该族矿物具黏土级颗粒和纤维状形态。在定向制样中，它们没有显示一个系列的OO／衍射。如果存在一定数量，可几个X射线衍射峰的基础上对其进行鉴定（Moore和Reynolds，1997）。少量的混合物只有通过强烈的110衍射的存在被标示出来，即海泡石的110衍射为1.20～1.29nm，坡缕石为1.03—1.05nm，且此峰对乙二醇或甘油处理不敏感。当海泡石被加热到300℃，1.2nm的衍射峰消失，在1.04nm和0.82nm出现新衍射峰，但这些变化在水化后是可逆的。当加热坡缕石时，1.03nm的衍射峰减弱，在0.92nm出现一个新衍射峰（Jones和Galan，1988）。这些实验可将海泡石和坡缕石从混层黏土矿物中区分出来。同时，通过SEM和TEM能观察到纤维颗粒形态（Russell和Fraser，1994）。
　　二、混层黏土矿物的鉴定
　　1.峰位法
　　鉴定罕见的规则混层黏土矿物涉及要认识组分层的性质。应用的鉴定标准与纯矿物的相同。例如，经乙二醇饱和的蒙皂石层膨胀至1.7nm，加热后塌陷至1.0nm，而伊利石层仍稳定。累托石（Rcctorite）是一个规则的伊利石—蒙皂石间层，应该给出一个理想系列的00l衍射，其乙二醇化样品的间距为2.7nm，加热后变为2.0nm。要把一个黏土矿物定为规则间层种类，必须满足专业标准完整性（Bailcy，1982）。060衍射和红外光谱也能区分二八和三八面体种类。一个非理想系列的00l衍射指示不规则混层。成分层的性质、它们的比例和间层模式都应该能确定。一个实用的鉴定方案是从考虑两组分体系开始，因为它们是最常见和最容易识别的。首先，低角度区域用于检测超结构衍射，即对应于A+B间距。如果间层是有序的，该衍射就出现，即间层并非排列在一个随机阵列中，而是组分层的交替出现，表现为ABAB…序列。如果组分层的比率接近1：1是比较强的。超结构衍射的缺乏表明，间层要么是随机的，要么由一种类型的层占主导地位。超结构衍射（间距）的存在及其遵循标准处理的行为，对成分层的鉴定可能很有帮助。
　　……

前言/序言

黏土在日常生活中极为常见，土壤和岩石中都有黏土，人类开发利用黏土的历史可以追溯到六千年前，在原始社会新石器时期，人们就开始利用黏土烧制各种陶器器皿供生活使用，因此，黏土的利用要比金属早得多。
人类对黏土的认识经历了一个过程。在开发利用黏土的初期，仅凭借经验去利用黏土的各种特性，如根据黏土遇水形成胶体的性质，认为构成黏土的物质可能都是非晶质，因为当时认为凡是胶体都是非晶质的，但对黏土的本质并不清楚。直到1895年伦琴发现X射线之后，Hadding和Rinne分别在1923年和1924年通过X射线衍射对黏土进行分析，得出结论：大部分黏土为结晶质。此后，Ross和Shannon分别在1925年和1926年对已被工业利用的黏土进行了光学、热学、X射线以及化学成分等方面的研究，再次肯定了大部分黏土是结晶质的结论，并把黏土中的结晶物质定名为“黏土矿物”，从此确立了黏土的新观念。
黏土物质虽种类繁多、成分复杂、性质独特，但黏土的研究已取得很大进展。综合黏土的粒度、化学成分和结构特征等，将黏土矿物定义为：黏土矿物是自然界分布广泛、具有序过渡结构的微粒（＜2μm)、含水的层状结构硅酸盐和层链状结构硅酸盐矿物。黏土矿物是构成地球表面岩石和土壤细粒部分(＜2μm)的主要矿物。
纵观人类社会发展的自然进程可以看出，从农耕时代到工业时代，再到现阶段的后工业时代，均是以利用地球资源的增长为标志的。而黏土作为自然界中分布最广的一种天然矿物，约占岩石圈和风化壳总量的一半。为满足人类生产生活的需要，自19世纪50年代以来，黏土矿物学作为地质学领域中的一门独立学科得到了迅速发展，而黏土和黏土矿物作为一种重要的矿产资源，也成为陶瓷、橡胶、塑料、造纸、纺织、食品加工、医药与农药、日用产品（洗涤及化妆产品）和铸造等工业的重要原料和配料，在国民经济中发挥着重要作用。
近十多年来，黏土矿物因其特有的层状和层链状晶体结构、特殊的物理化学性质（如离子交换、吸水膨胀）等，其应用得到快速发展，如将黏土矿物制备成黏土复合材料，广泛应用于环境工程领域，在水体和土壤污染物的净化、核工业和核废料的存储方面等取得显著成效。在地学领域，黏土矿物用于油气的勘探开发和同位素年龄的测定；因黏土矿物的形成对环境气候的变化非常敏感，近年来也被应用于古环境古气候的重建，成为研究不同地质历史时期古环境古气候的一个行之有效的方法与手段，为我们判断古气候并研究其发展演化提供了重要的矿物学依据。
《黏土矿物与黏土岩》（地质出版社，1992）是20世纪90年代北京大学地质系任磊夫教授主编的黏土教材。时隔多年，黏土矿物学有了飞速发展，特别是在应用领域，已从传统的工业应用发展到环境保护与人类健康以及高科技的纳米材料。为满足现阶段教学和科研的需要，编者广泛查阅文献，并结合科研工作中的一些经验，经过四年的准备，编写完成本书。
本书共八章。第一～六章，第七章第一、第三和第五节，第八章第六节由中国地质大学（北京）科学研究院高翔副教授编写；黏土矿物的晶体结构图由高翔副教授和北京理工大学化学化工学院潘蕊博士绘制；第七章第二、第四节，以及第八章第一～五节由北京理工大学分析测试中心马宏伟副教授编写；第八章第七节由中国地质大学（北京）海洋学院李琦副教授编写；第八章第八节由中国地质大学（北京）珠宝学院郭颖副教授编写。研究生石东东录入了附录部分，并对部分文献进行校正；董娟参与了部分文字的录入。本书从晶体结构特征、物理化学特性、地质成因与分布、分离提纯技术和分析鉴定方法等方面对黏土矿物进行系统阐述，特别是对近十几年来国内外学者对黏土矿物应用的研究现状进行了综述，旨在将黏土矿物学较全面地展现在读者面前。因此，本书可作为地球科学和材料科学等专业的本科生和研究生教材，也可作为相关行业科研人员的参考书和工具书。
本书为北京市“矿物材料学优秀教学团队”教改项目，由该项目和教育部“材料科学与工程国家级特色专业建设”项目经费共同资助。从立项到编写的过程中，中国地质大学（北京）马鸿文教授和蔡克勤教授给予了大力支持与鼓励！两位教授对全书进行了评审，提出了宝贵的修改意见。在此，一并致谢！
因水平有限，加之时间仓促，书中疏漏之处在所难免，敬请读者批评、指正！

中国地质大学（北京）科学研究院
高翔
2017年4月





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