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高嶺石的合成~~

高嶺石 

高嶺石是長石和其他矽酸鹽礦物天然蝕變的產物,是壹種含水的鋁矽酸鹽。它還包括地開石、珍珠石和埃洛石及成分類似但非晶質的水鋁英石,因此叫作壹它們屬於粘土礦物。高嶺石為或致密或疏松的塊狀,壹般為白色,如果含有雜質便呈米色。高嶺石經風化或沈積等作用變成高嶺土,而高嶺土則是制作陶瓷的原料。除此以外,高嶺土還可作化工填料、耐火材料、建築材料等等,用途十分廣泛。中國江西的景德鎮有壹個高嶺村,這裏盛產高嶺土,故名。明末,在景德鎮高嶺村開采此礦,後經德國地質學家李希霍芬按高嶺土之音譯成“Kaolin”介紹到世界礦物學界。

高嶺石屬於粘土礦物,其化學組成為Al4[Si4O10]·(OH)8,晶體屬三斜晶系的層狀結構矽酸鹽礦物。多呈隱晶質、分散粉末狀、疏松塊狀集合體。白或淺灰、淺綠、淺黃、淺紅等顏色,條痕白色,土狀光澤。摩氏硬度2-2.5,比重2.6-2.63。吸水性強,和水具有可塑性,粘舌,幹土塊具粗糙感。

高嶺石是組成高嶺土的主要礦物,常見於巖漿巖和變質巖的風化殼中。中國高嶺石的著名產地有江西景德鎮、江蘇蘇州、河北唐山、湖南醴陵等。世界其它著名產地有英國的康沃爾和德文、法國的伊裏埃、美國的佐治亞等。高嶺石是陶瓷的主要原料,在其它工業中也有廣泛使用。

[晶體化學] 理論組成(wB%):Al2O3 41.2,SiO2 48.0,H2O 10.8。成分常較簡單,只有少量Mg、Fe、Cr、Cu等代替八面體中的Al。Al、Fe代替Si數量通常很低。堿和堿土金屬元素多是機械混入物。由於晶格邊緣化學鍵不平衡,可引起少量陽離子交換。

[結構與形態] 三斜晶系,a0=0.514nm,b0=0.893nm,c0=0.737nm,α=91.8,β=104.7,γ=90;Z=1。結構屬TO型,即結構單元層由矽氧四面體片與“氫氧鋁石”八面體片連結形成的結構層沿c軸堆垛而成。層間沒有陽離子或水分子存在,強氫鍵(O-OH=0.289nm)加強了結構層之間的連結。

實際結構中,由於“氫氧鋁石”片的變形以及大小(a0=0.506nm,b0=0.862nm)與矽氧四面體片的大小(a0=0.514nm,b0=0.893nm)不完全相同,因此,四面體片中的四面體必須經過輕度的相對轉動和翹曲才能與變形的“氫氧鋁石”片相適應。高嶺石中結構層的堆積方式是相鄰的結構層沿a軸相互錯開1/3a,並存在不同角度的旋轉。所以,高嶺石存在著不同的多型。最常見的多型是1Tc,其次有迪開石(dickite)和珍珠石(nacrite),而1M多型少見。通常所說的高嶺石是指1Tc高嶺石。

上述高嶺石高嶺石結構層在堆疊過程中,如果在層間域內充填壹層水分子,則形成埃洛石Al4[Si4O10](OH)8?6?14H2O。在埃洛石的晶體結構中,由於層間水分子的存在,破壞了原來較強的氫鍵連結系統,矽氧四面體片與“氫氧鋁石”片之間的差異通過卷曲才能得以克服,從而使埃洛石呈四面體片居外、八面體片居內的結構單元層的卷曲結構形態出現。因此,埃洛石的結構可視為被水分子層隔開的高嶺石結構,c0=1.01nm。

多呈隱晶質致密塊狀或土狀集合體。電鏡下呈自形六方板狀、半自形或它形片狀晶體。鱗片大小壹般為0.2~5μm,厚度0.05~2μm。有序度高的2M1高嶺石鱗片可達0.1~ 0.5mm,有序度最高的2M2高嶺石鱗片可達5mm。集合體通常為片狀、鱗片狀、放射狀等。

[理化性能] 純者白色,因含雜質可染成其它顏色。集合體光澤暗淡或呈蠟狀。具極完全解理,硬度2.0~3.5,相對密度2.60~2.63。致密塊體具粗糙感,幹燥時具吸水性,濕態具可塑性,但加水不膨脹。

偏光鏡下:無色。細鱗片狀。二軸晶(-)。2V=10~57?8?3。Np=1.560~1.570,Nm=1.559 ~1.569,Np=1.533~1.565。

[產狀與組合] 高嶺石分布很廣,主要是由富鋁矽酸鹽在酸性介質條件下,經風化作用或低溫熱液交代變化的產物。

在低溫熱液作用下,當含CO2的酸性水溶液作用於不含堿的鋁矽酸鹽和矽酸鹽時,可引起高嶺石化作用,形成的高嶺石常依長石、雲母、黃玉等成假象。

[鑒定特征] 致密土狀塊體易捏碎成粉末、粘舌、加水具可塑性,在密閉的試管內加熱後失去水分。灼燒後與硝酸鈷作用呈藍色反應(Al)。高嶺石及其多型可用X射線衍射和熱分析加以區分。埃洛石與高嶺石的不同點是在100~200℃範圍存在著明顯的吸熱效應,即相當於脫去層間水。

[工業應用] 高嶺石粘土除用作陶瓷原料、造紙原料、橡膠和塑料的填料、耐火材料原料等外,還可用於合成沸石分子篩以及日用化工產品的填料等。