纳米地球科学（Nanogeoscience）的兴起是近二十年来地球科学的重要进展之一；其深入到微观-介观层次，研究微尺度下的地质过程或地质地球化学事件及其微观机制。这些过程与事件往往与具有纳米尺寸的矿物颗粒及其关联的地质反应密切相关，因此，纳米尺度的矿物学研究是纳米地球科学研究的核心环节。具有纳米尺寸（粒径小于100 nm）的矿物分为“纳米矿物”（Nanominerals）和“矿物纳米颗粒”（Mineral Nanoparticles）两类。前者指其晶粒（或颗粒）仅以纳米尺寸存在的矿物；后者指既存在纳米尺寸颗粒，也存在常见尺寸颗粒的矿物。自然界的纳米尺寸矿物多属矿物纳米颗粒，纳米矿物的种类相对较少。为此，笔者曾提出用“纳米结构矿物”的概念代替“纳米矿物”，以扩大纳米矿物的范畴并充实其内涵。
铝硅酸盐纳米矿物是地表环境中广泛存在的一类矿物，主要包括埃洛石、伊毛缟石和水铝英石等。其中，管状埃洛石的管径通常约数十纳米，伊毛缟石和水铝英石的粒（管）径仅约几纳米。这些纳米矿物大多产出于表生地质作用所形成的风化沉积环境（如火山灰风化）中，彼此共生、相互转化，且与高岭石等其他常见富铝矿物伴生或共生。由于铝硅酸盐纳米矿物粒度极为细微，研究难度大，相当长一段时间以来，对它们的结构、性质的研究开展得很少，研究资料有限。也正是因为对其认知的不足，虽然上述矿物广泛分布于火山灰风化壤、风化壳淋积层等表生风化环境中，但对其资源的勘查工作很少，其作为工业原料应用的价值未引起重视。
近十余年来，随着高分辨显微-微区研究方法的进步和其在纳米矿物研究中的应用，对上述铝硅酸盐纳米矿物的认知水平有了显著提升。尤其是，埃洛石研究近十几年来发展迅速，产生了丰富的研究报道。我们发现，目前对这几种纳米矿物尤其是埃洛石的结构-性质的认识已较为全面；来自地球科学不同领域、关注上述纳米矿物的研究者越来越多。他们已逐渐认识到这些纳米矿物在表生环境广泛分布且具有高界面反应活性的特点，从而对其在地球物质循环中所起的作用产生了浓厚兴趣。另一方面，就矿物资源利用而言——天生矿物必有用——矿物是人类工业发展的基础原材料，而上述特殊的纳米矿物虽暂未作为工业原料大规模利用，但具有巨大潜力；这已引起从事矿产资源利用或矿物新材料研发的科技人员的广泛关注，未来可能催生重要的研究和技术成果。
埃洛石（Al4[Si4O10](OH)8 ·4H2O）属TO型二八面体层状硅酸盐矿物，与高岭石同属高岭石亚族。埃洛石的形貌结构与其产出条件密切相关，不同产地甚至同一产地埃洛石的形貌结构参数往往存在差异。我们前期对世界多地的典型埃洛石矿样开展了形貌结构分析，发现埃洛石矿样特性随产地变化很大。其中，澳大利亚Patch矿样中埃洛石形貌均匀度高，管长长（可达数微米）且管壁薄，是目前为止所发现的纳米管状形貌特征最典型最均匀的埃洛石矿样。
图1（a）世界上若干典型产地的埃洛石矿样的形貌；
（b）埃洛石表面的断裂、边缘和缺陷
伊毛缟石（Al2SiO3(OH)4）和水铝英石（1~2SiO2Al2O3·5~6H2O）主要产出于与火山风化壤等火山灰衍生的沉积环境中，由氧化硅和氧化铝溶胶共沉淀并在特定条件下晶化形成，在日本、新西兰和我国的一些地区均有发现。伊毛缟石是单壁纳米管状的似晶质含水铝硅酸盐矿物（图2）。管内径约1 nm，外径约2~3 nm，管长可达几百纳米。
图2 伊毛缟石和水铝英石的结构示意（a，d）、原子力显微镜图（b，e）和
透射电子显微镜图（c，f）
蒙脱石、坡缕石等微米级矿物资源的工业利用在我国得到了长足的发展，在精细化工等高附加值产业的利用也已较为广泛，其资源价值得到了很好的体现。然而，迄今为止，埃洛石、水铝英石这类粒径更为细微的纳米矿物在工业上的应用范围还较小。一个重要原因是，这些矿物的研究程度低，工业界对它们的了解程度比对蒙脱石等矿物低得多。另一方面，关于这些矿物资源量的数据资料少，造成这些矿物“产出量低”的错误印象，限制了工业界对它们的关注。实际上，这些铝硅酸盐纳米矿物具有可观的资源量，亟待加强对这一类特殊资源的勘查。我国川南-黔西北埃洛石矿带在近六万平方千米的面积上已发现了逾三百个埃洛石矿床/点，进一步掌握我国该类资源的“家底”很有必要。另一方面，管状埃洛石目前主要是被当作低附加值的普通矿物原料用于陶瓷原料、填料等领域，在研究端所产出的丰富新成果尚未在实际工业应用中体现。因此，要实现埃洛石等纳米矿物资源未来在高新技术和高附加值领域的广泛利用，仍有待于工业界和研究者们的深入合作和共同努力。在此过程中，尤其需强化和深化铝硅酸盐纳米矿物的应用矿物学研究，为其应用提供理论依据和技术途径。
来源
袁鹏（中国科学院广州地球化学研究所）,铝硅酸盐纳米矿物——亟待重视的地球物质循环载体和非传统矿产资源。本文由中国非金属矿信息平台编辑整理，转载请注明出处。
