蛭石矿物是与蒙脱石和云母相似的含水层状硅酸矿物,主要由Si、Al、Mg等元素组成。通常是由黑云母、金云母或绿泥石在低温热液、地下水淋滤作用或风化作用下蚀变而成。目前国内发表关于蛭石文献中多以“间层蛭石”为主,严格矿物学意义上蛭石的文献报道很少,这两类矿物均含有蛭石晶层。“间层蛭石”实际上是一类由蛭石矿物与金云母、黑云母或绿泥石组成的间层矿物。这类间层矿物在各种地质环境中如风化壳、土壤及热液蚀变的各类岩石中均有广泛的分布,但它们既不是严格矿物学意义上的蛭石,也不是金云母或黑云母,而是蛭石矿物晶层和云母晶层的组合。间层蛭石因含有蛭石矿物晶层,在许多方面的性质与蛭石矿物相似,如受热膨胀性。因此,工业上也将这两类含蛭石晶层、灼烧时能产生剧烈体积膨胀的层状硅酸盐矿物统称为“工业蛭石”,包括“严格矿物学意义上的蛭石”和“间层蛭石”。本论文皆使用“蛭石”作为间层蛭石或工业蛭石的泛称,“蛭石矿物”作为矿物学意义上的蛭石。
中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室的苏小丽博士在搜集国内十几种蛭石进行筛选,确定其中河北灵寿蛭石为严格矿物学意义上的蛭石,并系统分析了其化学组成、物相特征(图1)和微结构特征等矿物学特征,具体如下:河北灵寿蛭石矿物阳离子交换容量122.4 meq 100g-1,平均层电荷密度为0.61 eq/O10(OH)2。蛭石矿物为层电荷密度不均匀的弱膨胀性矿物,Al和Si占据蛭石矿物的四面体片位置,其比例为1.07:2.93;八面体片阳离子以Mg2+为主,少量的Al3+和Fe3+置换Mg2+,Fe的含量较低;层间以含两层水分子层的Ca2+为主,部分层间含有少量的K+。通过计算得到蛭石的半晶胞晶体结构化学式为:
(Ca0.23K0.04Na0.02Mg0.02)[(Mg2.57Al0.18Fe0.22)(Si2.93Al1.07) O10(OH)2]·nH2O
并分析了其水化性能,层间Ca2+对环境湿度敏感。该成果填补了国内严格矿物学意义上蛭石矿物学特征研究的空白,该研究为蛭石更有效的开发利用提供基础数据。
该研究工作得到了国家自然科学基金国家自然科学基金项目(批准号:41402038);广东省科技计划项目(Science and Technology Planning Project of Guangdong Province, China) (2017B030314175);广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室开放基金(GLMPM-008)等自助,相关成果已被矿物学报录用待刊。
图1 蛭石矿物的X射线衍射图