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內容簡介

《黏土礦物學》一書從黏土礦物的晶體化學特徵、分類命名、黏土礦物各族的晶體結構特徵、物理化學性質、成因與分布、分離提純技術、研究方法和應用現狀等八個方麵對黏土礦物進行係統論述，涉及蛇紋石-高嶺石族、滑石-葉臘石族、雲母族、濛皂石-蛭石族、綠泥石族 、坡縷石-海泡石族和間層礦物等黏土礦物各族的晶體結構，以及黏土礦物的四類成因類型，即風化型、自生型、成岩型和蝕變型。力圖將近年來黏土礦物發展以及在各領域的應用研究現狀盡可能全麵係統地呈現給讀者，為讀者學習黏土礦物學和從事黏土礦物的科學研究提供方便。
本書可作為地球科學、材料科學、土壤科學、環境科學等學科的本科生和研究生教材，也可作為相關領域科研人員的參考書和工具書。

作者簡介

高翔，中國地質大學，副教授，近幾年作者在進行青藏高原鹽湖中的粘土礦物研究時發現，從上個世紀九十年代中期至今，國際上對粘土礦物的研究有瞭迅猛發展，除作為傳統工業應用外，粘土礦物在功能材料和環境材料、古環境古氣候重建領域等新領域也取得瞭眾多顯著成果。近五年，作為項目負責人，承擔的主要科研任務如下：
（1）973鬆科1井項目的專題“鬆科1井嫩江組白雲岩的成因研究”（2008-2010年）；
（2）中農礦産資源公司“老撾甘濛省鉀鎂鹽礦床含鹽係的物質組分及成鉀機理研究”（2010-2012）；
（3）中央高校基本科研業務費“中國高寒區鹽湖錶層沉積物中粘土礦物對氣候環境的響應”（2010-2013年）；
（4）973鉀鹽項目的專題“蘭坪-思茅新生代殘留盆地含鹽係的物質組分、來源和鉀鹽沉積特徵”（2011-2015年）。

共發錶文章二十餘篇，其中近兩年發錶的論文如下：
1、 高翔，王平康，李鞦英，王成善，高遠.2010.鬆科1井嫩江組湖相含鐵白雲石的準確定名和礦物學特徵.岩石礦物學雜誌. 29:213-218.
2、 高翔，王平康，彭強,高遠，王成善.鬆科1井嫩江組湖相白雲岩的成因研究.2011.礦物岩石地球化學通報. 30(增刊):273.
3、 高翔，瀋渭洲，劉莉莉，姚薇.2011.粵北302鈾礦床圍岩蝕變的地球化學特徵和成因研究. 岩石礦物學雜誌.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.

目錄

第一章黏土礦物的晶體化學特徵1
第一節基本結構單元1
第二節基本結構層3
第三節層間域、層間物、層電荷和單位結構4
第四節有序-無序和多型5
參考文獻6
第二章黏土礦物分類與命名7
第一節分類7
第二節命名9
參考文獻12
第三章黏土礦物族的晶體結構特徵13
第一節蛇紋石-高嶺石族 13
第二節滑石-葉臘石族 21
第三節雲母族24
第四節濛皂石-蛭石族32
第五節綠泥石族39
第六節坡縷石-海泡石族46
第七節間層礦物48
參考文獻56
第四章黏土礦物的物理化學性質58
第一節基本概念58
第二節吸附性65
第三節膨脹性68
第四節黏土膠體的流變性質71
第五節黏土-有機質相互作用71
參考文獻73
第五章黏土礦物的成因和分布74
第一節風化黏土礦物74
第二節自生黏土礦物78
第三節成岩黏土礦物82
第四節蝕變黏土礦物84
參考文獻86
第六章黏土礦物的分離提純技術方法87
第一節分散87
第二節分離88
第三節分離程序簡介92
參考文獻95
第七章黏土礦物的研究方法96
第一節X射綫衍射分析96
第二節透射電子顯微鏡分析106
第三節傅裏葉變換紅外光譜分析111
第四節熱分析115
第五節比錶麵積和孔隙率121
參考文獻128
第八章黏土礦物的應用138
第一節概述138
第二節黏土礦物的傳統應用140
第三節納米復閤材料和催化劑149
第四節黏土與環境保護和人類健康157
第五節沉積黏土礦物在地質測年方麵的應用168
第六節黏土礦物重建古環境氣候的應用170
第七節黏土礦物在油氣地質方麵的應用178
第八節寶玉石中的黏土礦物189
參考文獻200
附錄1常見黏土礦物粉晶X射綫衍射數據211
附錄2黏土礦物中英文名稱對照錶227
附錄3常見黏土礦物的掃描電鏡照片228

精彩書摘

　　《黏土礦物學》：
　　（7）海泡石和坡縷石族（Sepiolite and Palygorskite Group）該族礦物具黏土級顆粒和縴維狀形態。在定嚮製樣中，它們沒有顯示一個係列的OO／衍射。如果存在一定數量，可幾個X射綫衍射峰的基礎上對其進行鑒定（Moore和Reynolds，1997）。少量的混閤物隻有通過強烈的110衍射的存在被標示齣來，即海泡石的110衍射為1.20～1.29nm，坡縷石為1.03—1.05nm，且此峰對乙二醇或甘油處理不敏感。當海泡石被加熱到300℃，1.2nm的衍射峰消失，在1.04nm和0.82nm齣現新衍射峰，但這些變化在水化後是可逆的。當加熱坡縷石時，1.03nm的衍射峰減弱，在0.92nm齣現一個新衍射峰（Jones和Galan，1988）。這些實驗可將海泡石和坡縷石從混層黏土礦物中區分齣來。同時，通過SEM和TEM能觀察到縴維顆粒形態（Russell和Fraser，1994）。
　　二、混層黏土礦物的鑒定
　　1.峰位法
　　鑒定罕見的規則混層黏土礦物涉及要認識組分層的性質。應用的鑒定標準與純礦物的相同。例如，經乙二醇飽和的濛皂石層膨脹至1.7nm，加熱後塌陷至1.0nm，而伊利石層仍穩定。纍托石（Rcctorite）是一個規則的伊利石—濛皂石間層，應該給齣一個理想係列的00l衍射，其乙二醇化樣品的間距為2.7nm，加熱後變為2.0nm。要把一個黏土礦物定為規則間層種類，必須滿足專業標準完整性（Bailcy，1982）。060衍射和紅外光譜也能區分二八和三八麵體種類。一個非理想係列的00l衍射指示不規則混層。成分層的性質、它們的比例和間層模式都應該能確定。一個實用的鑒定方案是從考慮兩組分體係開始，因為它們是最常見和最容易識彆的。首先，低角度區域用於檢測超結構衍射，即對應於A+B間距。如果間層是有序的，該衍射就齣現，即間層並非排列在一個隨機陣列中，而是組分層的交替齣現，錶現為ABAB…序列。如果組分層的比率接近1：1是比較強的。超結構衍射的缺乏錶明，間層要麼是隨機的，要麼由一種類型的層占主導地位。超結構衍射（間距）的存在及其遵循標準處理的行為，對成分層的鑒定可能很有幫助。
　　……

前言/序言

黏土在日常生活中極為常見，土壤和岩石中都有黏土，人類開發利用黏土的曆史可以追溯到六韆年前，在原始社會新石器時期，人們就開始利用黏土燒製各種陶器器皿供生活使用，因此，黏土的利用要比金屬早得多。
人類對黏土的認識經曆瞭一個過程。在開發利用黏土的初期，僅憑藉經驗去利用黏土的各種特性，如根據黏土遇水形成膠體的性質，認為構成黏土的物質可能都是非晶質，因為當時認為凡是膠體都是非晶質的，但對黏土的本質並不清楚。直到1895年倫琴發現X射綫之後，Hadding和Rinne分彆在1923年和1924年通過X射綫衍射對黏土進行分析，得齣結論：大部分黏土為結晶質。此後，Ross和Shannon分彆在1925年和1926年對已被工業利用的黏土進行瞭光學、熱學、X射綫以及化學成分等方麵的研究，再次肯定瞭大部分黏土是結晶質的結論，並把黏土中的結晶物質定名為“黏土礦物”，從此確立瞭黏土的新觀念。
黏土物質雖種類繁多、成分復雜、性質獨特，但黏土的研究已取得很大進展。綜閤黏土的粒度、化學成分和結構特徵等，將黏土礦物定義為：黏土礦物是自然界分布廣泛、具有序過渡結構的微粒（＜2μm)、含水的層狀結構矽酸鹽和層鏈狀結構矽酸鹽礦物。黏土礦物是構成地球錶麵岩石和土壤細粒部分(＜2μm)的主要礦物。
縱觀人類社會發展的自然進程可以看齣，從農耕時代到工業時代，再到現階段的後工業時代，均是以利用地球資源的增長為標誌的。而黏土作為自然界中分布最廣的一種天然礦物，約占岩石圈和風化殼總量的一半。為滿足人類生産生活的需要，自19世紀50年代以來，黏土礦物學作為地質學領域中的一門獨立學科得到瞭迅速發展，而黏土和黏土礦物作為一種重要的礦産資源，也成為陶瓷、橡膠、塑料、造紙、紡織、食品加工、醫藥與農藥、日用産品（洗滌及化妝産品）和鑄造等工業的重要原料和配料，在國民經濟中發揮著重要作用。
近十多年來，黏土礦物因其特有的層狀和層鏈狀晶體結構、特殊的物理化學性質（如離子交換、吸水膨脹）等，其應用得到快速發展，如將黏土礦物製備成黏土復閤材料，廣泛應用於環境工程領域，在水體和土壤汙染物的淨化、核工業和核廢料的存儲方麵等取得顯著成效。在地學領域，黏土礦物用於油氣的勘探開發和同位素年齡的測定；因黏土礦物的形成對環境氣候的變化非常敏感，近年來也被應用於古環境古氣候的重建，成為研究不同地質曆史時期古環境古氣候的一個行之有效的方法與手段，為我們判斷古氣候並研究其發展演化提供瞭重要的礦物學依據。
《黏土礦物與黏土岩》（地質齣版社，1992）是20世紀90年代北京大學地質係任磊夫教授主編的黏土教材。時隔多年，黏土礦物學有瞭飛速發展，特彆是在應用領域，已從傳統的工業應用發展到環境保護與人類健康以及高科技的納米材料。為滿足現階段教學和科研的需要，編者廣泛查閱文獻，並結閤科研工作中的一些經驗，經過四年的準備，編寫完成本書。
本書共八章。第一～六章，第七章第一、第三和第五節，第八章第六節由中國地質大學（北京）科學研究院高翔副教授編寫；黏土礦物的晶體結構圖由高翔副教授和北京理工大學化學化工學院潘蕊博士繪製；第七章第二、第四節，以及第八章第一～五節由北京理工大學分析測試中心馬宏偉副教授編寫；第八章第七節由中國地質大學（北京）海洋學院李琦副教授編寫；第八章第八節由中國地質大學（北京）珠寶學院郭穎副教授編寫。研究生石東東錄入瞭附錄部分，並對部分文獻進行校正；董娟參與瞭部分文字的錄入。本書從晶體結構特徵、物理化學特性、地質成因與分布、分離提純技術和分析鑒定方法等方麵對黏土礦物進行係統闡述，特彆是對近十幾年來國內外學者對黏土礦物應用的研究現狀進行瞭綜述，旨在將黏土礦物學較全麵地展現在讀者麵前。因此，本書可作為地球科學和材料科學等專業的本科生和研究生教材，也可作為相關行業科研人員的參考書和工具書。
本書為北京市“礦物材料學優秀教學團隊”教改項目，由該項目和教育部“材料科學與工程國傢級特色專業建設”項目經費共同資助。從立項到編寫的過程中，中國地質大學（北京）馬鴻文教授和蔡剋勤教授給予瞭大力支持與鼓勵！兩位教授對全書進行瞭評審，提齣瞭寶貴的修改意見。在此，一並緻謝！
因水平有限，加之時間倉促，書中疏漏之處在所難免，敬請讀者批評、指正！

中國地質大學（北京）科學研究院
高翔
2017年4月

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