一、概 述
蒙脱石（montmorillonite）又名微晶高岭石，是一种硅铝酸盐，其主要成分为八面体蒙脱石微粒。最初发现于法国的蒙脱城（Montmorillon）， 1874年A.A.Damour和D. Saluetat在研究法国蒙脱里隆附近的黏土时,对其中主要组成矿物命名。我国蒙脱石矿产储量3.3亿多吨 ，俗名称观音土。高岭石、伊利石和蒙脱石是组成黏性土常见的3大黏土矿物。黏土矿物广泛存在于地球表层，其作为非金属资源广泛应用于医学、化工、石油、工程建设、环境治理等各个领域。此外，黏土矿物特殊的层状结构，使其具有较好的吸附性。黏土矿物能够吸附空气中的水分子，在工程实践中经常出现暴露在空气中的黏土矿物吸水膨胀现象。黏土矿物吸水膨胀会影响工程结构的稳定性，对人们的生命安全造成一定威胁，对黏土矿物研究具有重要的实际意义（宁林等，2020）。
蒙脱石天然矿物图片
（据互联网资料）
二、蒙脱石的矿物特征
硅（铝）酸盐矿物中硅酸盐主要由硅氧四面体组成，铝酸盐主要由铝氧八面体组成，两种不同的硅铝酸盐按照一定的比例会构成结构不同的黏土矿物。例如高岭石（Kaolinite）为1∶1结构模型；蒙脱石（Montmorilonite）、海泡石（Sepiolite）和伊利石（Illite）为2∶1结构构型（宁林等，2020）。蒙脱石晶体属单斜晶系的含水层状结构硅酸盐矿物。蒙脱石亚族属于蒙皂石族(smectite)矿物之一（另一亚族是皂石saponite），是重要的黏土矿物，其矿物族系物有11种。薄片中为负突起。平行消光，正延性。二轴负晶。一般说蒙脱石的微观形态多是说蒙脱石的晶体结构，电镜下为细小鳞片状。
蒙脱石矿物晶体结构图
（据互联网资料）
蒙脱石理想分子式为（Na，Ca）0.33（Al，Mg）2（Si4O10）（OH）2·nH2O，Si/Al为2∶1，中间为铝氧八面体，上下为硅氧四面体所组成的2∶1层状结构（TOT型）的黏土矿物，在晶体构造层间含水及一些交换阳离子，有较高的离子交换容量。在蒙脱石结构单元层中，四面体和八面体片以氧原子相连，Si4+、Al3+主要赋存于四面体片和八面体片中心，不易被外来离子置换，而层间主要充填Na+、Ca2+、Mg2+等。而层间以范德华力连接为主而无氢键，连接力弱，层间Na+、Ca2+、Mg2+易被半径更小、化学性质更稳定的离子从中置换出（唐洪明等，2022）。蒙脱石阳离子交换容量（CEC）为80%～150%，比表面积为34.9m2/cm3，层间距0.96～4nm。结构单元层中较高价阳离子被较低价阳离子替代时造成的正电荷亏损，将由层间的交换性阳离子Mg2+、Ca2+、Na+等来补充，电荷主要分布于Al—O八面体中。
蒙脱石结构及其吸附 Na+ 和水分子的过程的模拟图
（徐加放等，2012）
由于蒙脱石具有较强的吸附性，纯净的蒙脱石晶体内部会与外界离子发生置换现象。通常情况下根据吸附金属杂质的类别对层间不同金属种类下的蒙脱石进行命名。常见的原子有一价金属K+、Na+与Cs+，分别称这些蒙脱石为K蒙脱石、Na蒙脱石和Cs蒙脱石。常见二价金属为Ca2+、Mg2+，分别称为Ca蒙脱石与Mg蒙脱石（宁林等，2020）。
不同种类蒙脱石晶体模型
（宁林等，2020）
三、蒙脱石的物理性质
一般说蒙脱石外观形态多是说膨润土原矿，膨润土原矿常呈土状隐晶质块状。蒙脱石通常呈白色，有时微带红色或绿色，有时为浅灰。鳞片状解理完全。蒙脱石矿物晶体为片状或絮状、毛毡状。膨润土中除主要矿物成分蒙脱石之外，还含有其他黏土矿物，如伊利石、高岭石、绿泥石、海泡石、水铝英石、凹凸棒石等。膨润土中含有的蒙脱石黏粒的粒度一般小于2μm。膨润土的物理化学性质主要决定于其所含的蒙脱石的性质（李雪梅等，2006）。
蒙脱石矿物原料图片
（据互联网资料）
蒙脱石光泽暗淡。硬度2～2.5。相对密度2～2.7，甚柔软。蒙脱石的水含量因环境湿度而变化极大，具有较高的吸水膨胀能力。吸水后其体积膨胀而增大几倍至十几倍，具很强的吸附力。蒙脱石单层间可以比较牢固地吸附4个单分子水层。黏土单层的厚度大约是10A(每个单分子水层的厚度约为2.5A)，所以蒙脱石水化的水体积约为蒙脱石体积的50%（史忠生等，2003）。蒙脱石通常含有三种状况的水：外表自在水、层间吸附水和晶格水。蒙脱石吸水性很强，吸水后胀大，即晶格底面距离增大，在高水化状况时晶轴C0可达1.84~2.14nm。蒙脱石在水介质中可涣散呈胶体状况。蒙脱石受热自在水很快失掉，100~200℃脱去吸附水，500℃时很多晶格水开始逸出。蒙脱石具有优良的物理化学性质,如吸水膨胀性、吸附性、分散悬浮性、阳离子交换性、触变性、黏结性、润滑性等，可作为黏结剂、悬浮剂、增强剂、增塑剂、增稠剂、触变剂、絮凝剂、稳定剂、净化脱色剂、充填剂、催化剂、载体、填料等，在建材、冶金、石油、化工、农业、医药、机械、轻工、食品、环保等领域都有应用（李雪梅等，2006）。
四、蒙脱石的矿物成因
常见的黏土矿物有伊利石、蒙皂石、绿泥石和高岭石等。黏土矿物是指具有链状结构晶格架或片层状结构的硅铝酸盐，在自然界中，黏土矿物往往以微小的颗粒形式存在，由原生矿物长石及云母等铝硅酸盐在碱性条件下的风化作用形成，也有部分是来源于沉积于海底的火山灰分解（宁林等，2020）。蒙脱石主要由基性火成岩在碱性环境中风化而成，也有的是海底沉积的火山灰分解后的产物。蒙脱石为膨润土的主要成分。我国具工业价值的蒙脱石矿床多产于中生代火山岩系中。膨润土在我国产地很多，如辽宁、黑龙江、吉林、河北、河南、浙江等地都有产出。蒙脱石一般形成于长英质矿物的风化作用，其中蒙脱石矿膨润土矿则往往是中酸性火山岩风化作用的产物，主要反应如下：
火山玻璃+H2O→蒙皂石+方石英+K++OH-
在粘土岩的成岩过程中，最主要的成岩化学变化就是蒙皂石向伊利石转化的递进反应。其次是蒙皂石向绿泥石转化、高岭石向绿泥石转化和高岭石向伊利石转化等。各种有序度的间层矿物如伊利石蒙皂石无序间层、伊利石蒙皂石有序间层、绿泥石蒙皂石间层等这些粘土矿物构成成岩转化序列的中间产物（金翠叶，2011）。
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