51、蒙脱石及相关硅酸盐：结构、性质与应用探索

蒙脱石及相关硅酸盐：结构、性质与应用探索

1. 黏土分类与蒙脱石概述

黏土主要分为两类：阳离子黏土，其铝硅酸盐层带负电荷；阴离子黏土，氢氧化物层带正电荷。阳离子黏土是地球表面常见的矿物，本文聚焦于阳离子黏土中的蒙脱石族。蒙脱石在工业中应用广泛，可直接使用天然形式，也可经过适当改性。在预处理过程中，蒙脱石可能发生显著变化，如部分溶解、成分改变等。其性质与层电荷密切相关，而层电荷又受矿物成分和结构的影响。

2. 蒙脱石晶体结构与晶格参数

2.1 二八面体蒙脱石

• 蒙脱石 - 贝得石系列 ：二八面体铝质蒙脱石的结构通式为((Al_{2–y}Mg_y)(Si_{4–x}Al_x)O_{10}(OH) 2E {x + y}·nH_2O)。当(y > x)时为蒙脱石，其基本结构由八面体层夹在两个四面体层之间的 2:1 结构组成。在理想单斜对称结构中，每个晶胞原则上有三个八面体空位，镜面平面上的空位(M1)通常为空，另外两个空位(M2)位于镜面平面左右两侧。(M1)为反式构型，(M2)为顺式构型。
• 电荷平衡与阳离子位置 ：八面体片中部分三价阳离子被二价阳离子取代，以及四面体片中存在三价阳离子，使 2:1 复合层整体带负电荷。层间阳离子通过水化作用平衡电荷，且易于交换。一价和二价阳离子是层间常见的取代离子，不同阳离子在层间有不同的有利位置。
• 层堆叠模式 ：蒙脱石的基本特征是基本层的堆叠，衍射模式主要有两种反射：基面((00l))和未调制((hk0))带，对应二维衍射。有