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1、粘土矿物的制备和应用技术特点摘要：本文重点介绍了海泡石、凹凸棒石等粘土矿物的制备和应用，综述了用粘土矿物原料开发净水剂、空气净化剂、抗菌剂、生态建材等方面环境材料的研究现状，分析了粘土矿物相应的发展趋势。关键词：粘土矿物 海泡石 凹凸棒石 膨润土 高岭土 制备 应用Abstract:This paper focused on the preparation and application of the clay minerals such as the sepiolite, attapulgite and so on, summarized the present research situa
2、tion of raw clay minerals in purifying water agent、air cleaning agent、antibacterial agent、zoology materials, analysed and pointed out the development tendency.Keywords: clay mineral sepiolite attapulgite bentonite kaolin preparation application前言我们知道，粘土是由极细的粘土矿物组成，其颗粒小于2m，在水中具有分散性、带电性和离子交换性。粘土矿物则是通常
3、构成岩石和土壤细粒部分（2m）的主要成分的矿物，它们是一些含铝、镁等为主的含水硅酸盐矿物。一般情况下粘土矿物是细分散的、含水的层状构造硅酸岩矿物和层链状构造硅酸岩矿物及含水的非晶质硅酸岩矿物的总称。粘土中常见的矿物有：高岭石、蒙脱石、凹凸棒石、海泡石、伊利石、绿泥石等硅酸盐类化合物和由硅藻类微生物骨骸紧密堆积而成的硅藻土，以及层状双金属氢氧化物类化合物水滑石等矿物，除海泡石、坡缕石具链层状结构外，其余均具层状结构，颗粒极细，一般小于0.01毫米，遇水时具有不同程度的粘性和可塑性，晾干后可保持其原有的形状，经高温焙烧，可形成坚硬的烧结体，主要用作陶瓷和耐火材料，并用于石油、建筑、纺织、造纸、油漆
4、等工业。新型材料是发展高新技术产业的重要支柱之一，随着材料结构向多元化、功能化、智能化发展，矿物材料已成为现代材料科学的重要组成部份。粘土矿物的广泛应用价值是由它们极为复杂的、可控制的以及可有效改造的结构特征决定的，人们利用粘土矿物的多层次结构、可控性及物理化学等固有特性，设计研制出了众多种类的应用产品，近几年，其在环境材料方面的研究与应用越来越多，特别是在污水处理、大气吸附、过滤脱色、生态建材（如具有保温、隔热、吸音、调光等功能）、抗菌消毒剂、农业等方面的应用都有显著进展，并还在研究利用其固有结构的可改造性，研制出更多、更高性能和价值的新产品。粘土矿物的分类可看出，粘土矿物有很多种类型，且具
5、有不同的结构与性质。粘土矿物的种类不同，粘土矿物的制备方法及性能会存在一定的差异。本文主要就水处理、空气净化、抗菌、生态建材等方面来讨论目前几类论粘土矿物的制备及应用技术特点。1.海泡石天然海泡石硬度23，密度22.5g/cm3。具有滑感和涩感，粘舌。干燥状态下性脆。收缩率低，可塑性好，比表面大，吸附性强。溶于盐酸、质轻。海泡石还具有脱色、隔热、绝缘、抗腐蚀、抗辐射及热稳定等性能。主要产于海相沉积-风化改造型矿床中；亦出现于热液矿脉中，一般纯度较低，分散性差、表面活性低须经处理，才能得以利用经选矿及人工活化等处理，可除去杂质、提高其纯度（品位在95%以上），提高其比表面积及表面活性中心强度和数
6、量，改善其表面特性，从而提高其吸附能力。在化工领域，除用作物质提纯和废水处理的吸附剂外，近几年还发展成为重要的催化剂载体。海泡石的吸附能力及催化活性，均与其比表面积成正比。增加比表面的方法一是进行超细化处理，增加外表面积，二是通过酸浸和加热除去结构中的镁和孔隙中的水，增加内表面积。后一种方法通常称为“活化”，而超细化是活化的基础。目前均采用粉碎水溶胀强力搅拌（打浆），的工艺进行微细化处理。这种方法仅适合于原生纤维短、分散性能较好的海泡石，而对于层间或纤维束间粘合力强、溶胀后纤维强度仍较高的产品则很困难。超细化的海泡石完全可以满足催化剂载体的要求，采用气相沉积法或浸渍还原法，可得到高度分散的、具
7、有良好催化活性和选择性的载体型金属催化剂。活化工艺：原矿（初步除杂）碎散除杂（一、两次，渣弃去）脱水酸活化洗涤过滤滤饼干燥（热活化）成品。水热法可以有效地实现海泡石的超细化处理，得到既超细化又易分离的产品，不但有利于后续工艺操作，也提高了其应用价值，该法优于目前的常规粉碎处理方法，有推广价值。2.凹凸棒石凹凸棒石在矿物学分类上隶属于海泡石族，为一种晶质水合镁铝硅酸盐矿物，又名坡缕石，作为层链状硅酸盐，晶体结构中不仅有沸石孔道，而且异价类置同像置换发育，使其表面积大、吸附力强，为金属离子型武技抗菌剂的优良载体。一般的凹凸棒石粘土选矿方法主要有干法和湿法两种。干法：其主要流程为：原矿手选干燥破碎磨
8、粉分级包装。干法的关键工艺在于磨粉分级，一般干选产品只可用于化工、橡胶、塑料等行业作填料。湿法：用湿法选矿技术提纯，主要用于对凹凸棒石纯度要求较高的行业部门，如化妆品、洗涤剂等。湿法选矿提纯，主要依据凹凸棒石与杂质矿物的物理和结构特性不同而进行分离，其步骤为分散、分级、分离。在凹凸棒石各种制备方法中，机械加工是优先采用和较为常用的，可分为干、湿两种。干法是指通过各种破碎机、磨粉机将凹凸棒石粉碎至200目或更细，增大其比表面积，使产品的分散性、吸附性能、脱色性能等增强。湿法机械加工主要为挤压和胶磨，其目的是将凹凸棒石束状纤维撕开分离，从而增大空隙体积与比表面积，使其显微结构水化膨胀，以致在弱分散
9、条件下就可在介质中解体分散，形成较高粘度。凹凸棒石的改性处理所使用的改性剂根据其用途不同而各异，但目的均是为了使凹凸棒石能应用于各个方面，使其增值。以十八烷基胺对其改性，可大大提高凹凸棒石的可湿性，使其在作为聚合物的填料时能充分分散，发挥其优异性能。目前工业上通常使用的活化方法主要有热活化方法和酸活化方法。热活化方法主要用于制取性能良好的催化剂以及吸附剂等方面的研究。目前工业上通常采用回转式煅烧炉煅烧法。经过酸活化工艺生产的活性凹凸棒石，其吸附、脱色性能比原矿或热活化的好，其产品脱色力一般为200220，因而其产品应用广泛。凹凸棒石粘土可用接触或过滤技术处理水，可以消除这些有害物质。若使吸附污
10、染物的凹土再生，可加热或以化学剂加以处理。因此，凹土在污水处理中的应用对保护生态环境、保证人类的健康，是非常必要的，且用量大范围广，符合社会发展人民生活水平提高的需要。以凹凸棒石粘土为基本原料，经改性加工成AP-型矿物吸附剂，具有吸附废矿物油中的酸、水和各种有机和无机杂质等功能。用其吸附剂在再生废变压器油、废机油、废柴油中，能够恢复和改善油品质量，使之达到部颁的运行油标准。在棉籽油精炼中，可以有效去除其中的色素和杂质，达到净化目的，能够降低净化成本，油质达到国家食用标准。由于凹凸棒石结构中的三种水（沸石水、结晶水、结构水）在不同温度条件下呈规律性脱水复水变化，故经过适当热处理后的凹凸棒石也是一
11、种优异的干燥剂，可广泛应用于食品加工和包装中。利用凹凸棒石粘土独特的结构和性能，加工成除臭剂，用于食品保鲜，比原有的活性炭吸附剂效果大为增强。该吸附剂不会破坏食品鲜度，对氨、一氧化碳、硫化氢以及其它一些有机气体等吸附性能很强。3.膨润土膨润土是以蒙脱石为主的含水粘土矿，由于它具有特殊的性质，如膨润性、粘结性、吸附性、催化性、触变性、悬浮性以及阳离子交换性。所以广泛用于各个工业领域。膨润土由于有良好的物理化学性能，素有“万能”粘土之称，可做粘结剂、悬浮剂、触变剂、稳定剂、净化脱色剂、充填料、饲料、催化剂等，广泛用于石油开采、定向穿越、钢铁铸造、冶金球团、化工涂料、复合肥、浆纱、橡胶、塑料、造纸、
12、净化水、吸潮剂、农药等领域。蒙脱石有吸附性和阳离子交换性能，可用于除去食油的毒素、汽油和煤油的净化、废水处理；由于有很好的吸水膨胀性能以及分散和悬浮及造浆性，因此用于钻井泥浆、阻燃（悬浮灭火）；还可在造纸工业中做填料，可优化涂料的性能如附着力、遮盖力、耐水性、耐洗刷性等；由于有很好的粘结力，可代替淀粉用于纺织工业中的纱线上浆既节粮，又不起毛，桨后还不发出异味，真是一举双得。膨润土主要用作土地填埋防渗材料。在垃圾填埋中，利用膨润土的吸附和阻挡性能，将膨润土作为放置场所的坑壁及坑底隔水混凝土的添加剂，能有效提高混凝土的隔水效果和防渗能力，且能有效防止有害物污染地下水。主要由蒙脱石构成的膨润土用于作
13、钻井泥浆、精炼石油的催化剂和漂白剂、铁矿球团的粘结剂和铸形砂粘合剂，经过适当的有机改性，还可用来处理含有机物废水。采用钙盐、钠盐、氢氧化铝、氢氧化铁为活性组成物，以膨润土为载体，经混碾挤条后干燥、焙烧制成的脱氯剂，可用于石油化工气体的脱氯。4.高岭土高岭石是长石和其他硅酸盐矿物天然蚀变的产物，是一种含水的铝硅酸盐。它还包括地开石、珍珠石和埃洛石及成分类似但非晶质的水铝英石，它们总是以极微小的微晶或隐晶状态存在，并以致密块状或土状集合体产生。高岭石经风化或沉积等作用变成高岭土，高岭土主要用作陶瓷原料、造纸的填料和涂层，由高级高岭土等制成的复合材料，兼有金属材料和非金属材料的特性，同时还具有金属材
14、料和非金属材料二者均不具备的一些优良性能，它具有机械强度大、耐冲击抗辐射、耐高温抗腐蚀等优良性能，广泛用作汽车、飞机、火箭等的耐高温燃烧室、喷嘴、气缸、发动机以及其他特种陶瓷材料，除此以外，高岭土还可作化工填料、耐火材料、建筑材料等等，用途十分广泛。作为陶瓷原料用的高岭土不希望含硫，因为硫在高温下会生成SO2而使陶瓷制品气孔严重影响产品质量和性能，高岭土中的硫主要以黄铁矿和明矾石两种矿物形态出现。它们可以用浮选法、选择性絮凝法和氨浸法等分离。铁、钛都是高岭土最常见的染色物质，陶瓷工业和造纸工业所用高岭土原料都要求把Fe2O3或TiO2含量降低到0.5%以下，以提高高岭土白度。除铁（钛）的方法有
15、载体浮选法、化学法、高梯度强磁选法、粘附一磁性过滤法、双液法等多种。提高亮度方法还有：通过分级的方法增加高岭土细度，或者将高岭土颗粒中的某些叠片劈裂成薄片，成为所谓鳞片高岭土用以造纸，不仅提高了纸张的亮度，还增进了纸张的平滑度。5.总结及展望膨润土、蛭石、凹凸棒石、海泡石等粘土矿物可直接利用或经过适当的活化改性处理，也可用来处理含重金属离子废水，获得了较好的效果。此外，用海泡石、凹凸棒石等经适当预处理后，以吸附与离子交换法降氟除磷具有占地面积小、工艺简单、操作方便、高效快速、无二次污染、适用范围广而倍受人们关注。同时有利于降低废水处理成本，减少污泥产生量，重复利用资源。H.L.Howard（1
16、991年）应用高岭石、蒙脱石等对城市污水进行絮凝方式处理，并使用沸石清除水体中的Ca2+、Mg2+，效果达100%。沸石、蒙脱石、石墨、蛭石、伊利石、绿泥石、高岭石、坡缕石、海泡石等具有良好吸附性和离子交换性的矿物，可以用于清除废水中的磷酸根离子和重金属阳离子。海绿石可清除个钻井泥浆中的Pb2+。李平等对海泡石、凹凸棒石吸附有机气体作了研究，研究表明，发现气体吸附量与气体温度、蒸汽压、气体分子偶极矩、样品纯度、矿物结晶度有关，且样品纯度越高，吸附量越大，粘土状样品吸附量要比纤维状样品大。张春霞等用改性海泡石研究了对NH3的吸附，结果表明，改性海泡石的吸附量大于未改性的，也远大于活性炭吸附量。此外，用膨润土、高岭石、凹凸棒石等合成的沸石分子筛对NO2、SO2等气体的吸附也作了许多研究。在无机抗菌剂载体研究开发领域中，因粘土矿物具有独特的物理化学性能，作为较理想的载体材料已广泛受到人们的关注，
