五、纳米矿物材料

103.什么是纳米粉体矿物材料？

纳米粉体矿物材料是由矿物材料制备的具有纳米尺寸的粉体材料。当矿物材料被制备成超微颗粒（纳米级）后它将显示出许多奇异的特性；其光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体相比时将会有显著的不同。纳米粉体矿物材料的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得他们呈现出常规材料不具备的特性，因此纳米粉体矿物材料在环境保护、检测、医学、航天、涂料、化工、陶瓷等领域有广阔的应用前景。目前工业中常用的纳米粉体矿物材料有纳米碳酸钙、纳米氧化锌、纳米硫酸钡等。

104.纳米碳酸钙有什么用途？

纳米碳酸钙是指化学合成碳酸钙的粒径在0.1～100nm范围内的产品，按照颗粒形状的不同可以分为纺锤形、立方形、球形、链状、纤维状、棒状、片状和无定形等多种，其中以纺锤形、立方形、纤维状、链状和片状最为普遍。

纳米碳酸钙是用量最大、适用范围最广的一种无机填充剂。碳酸钙主要应用于橡胶、塑料、建材、纸张、涂料、油漆、医药、食品、饲料、牙膏、化妆品和油墨等的生产和应用中。

105.纳米碳酸钙如何制备？

纳米碳酸钙常见的制备方法有间歇碳化法和喷雾碳化法两种。

（1）间歇碳化法　间歇碳化法类似于传统轻质碳酸钙的制备方法，不同的是轻质碳酸钙是在鼓泡塔中进行反应，而纳米碳酸钙的制备一般是在搅拌反应器中进行，通过搅拌改善反应体系的传质、传热效果。间歇碳化法必须对反应条件进行严格的控制，主要的控制因素有Ca（OH）2浓度、CO2流量、反应温度、添加剂用量、添加剂加入时间等。通过控制不同的条件，可以制备出单体粒径（或短径）大于10nm的多种纳米碳酸钙产品，晶体颗粒形状包括链状、针状、球形、立方形及片状等。用该法得到的大部分产品为方解石型晶体，一部分为球霰石型，它们是通过在反应过程中加入聚合物添加剂得到的。另外，在反应系统中加入大量醇类进行碳化可得到非晶质碳酸钙。由于造纸中碱性施胶的推广应用，适合于造纸的立方形、片状纳米碳酸钙专用产品的开发受到了足够的重视，近期在这方面的专利文献较多。间歇碳化法投资少，易于转化，目前对它的研究开发较多，绝大部分纳米碳酸钙产品可由该法得到，是目前工业生产中应用最多的方法。间歇碳化法的工艺流程如图3-11。

（2）喷雾碳化法　喷雾碳化法（也称为连续碳化法），是将精制的石灰乳在空心锥形压力式喷嘴的作用下，雾化成直径约为0.1mm的液滴，均匀地从碳化塔顶部淋下，与塔底进入的二氧化碳混合气体逆流接触，进行碳化反应，制得纳米碳酸钙。喷雾碳化法的工艺流程如图3-12所示。

喷雾碳化法一般采用两段或三段连续碳化工艺，即石灰乳经第一段碳化塔碳化得反应混合液，然后喷入第二段碳化塔进行碳化得最终产品，或再喷入第三段碳化塔进行三段碳化得最终产品。由于碳化过程是分段进行的，因此可以对晶体的成核和生长过程进行分段控制，与间歇碳化法相比晶体的粒径和形状更容易控制。目前已用喷雾碳化法制得了粒径为5～20nm的纳米碳酸钙，晶体形状有片状、针状等。喷雾碳化法的主要控制因素有喷雾液滴直径、氢氧化钙浓度、碳化塔内的气液比、反应温度、每段的碳化率等。由于该工艺投资高、技术较复杂、操作难度大等因素的影响，特别是喷嘴雾化问题难以解决，因为要想提高喷嘴雾化效果，就必须缩小喷嘴孔径，而缩小喷嘴孔径则容易造成堵塞。

106.什么是纳米氧化锌？

纳米氧化锌为白色或微黄色的粉体材料（1～100nm），比表面积大于12m2/g，加压下熔点约1800℃，常压下1720℃升华，呈针状或球状结晶，是一种新型高功能精细无机产品。

107.纳米氧化锌的用途和制备方法有哪些？

氧化锌主要用于橡胶、油漆、涂料、印染、玻璃、医药、化学、化工和陶瓷等工业。

根据制备过程的化学反应，通常将纳米氧化锌的制备分为一步法和二步法两大类。一步法，即由锌或锌盐与其他物质的混合物通过不同手段，采用一步工艺直接得到所需产物的方法，如水热法、激光法、机械球磨法、喷雾热解法、化学气相沉积法等；二步法，即首先通过某种方法制备纳米氧化锌的前驱物，再由前驱物通过不同手段得到最终产物的方法，如溶胶-凝胶法、化学沉淀法、乳液或微乳液法、胶体化学法等。

一步法的工艺流程如图3-13所示。

二步法是采用第一步的沉淀反应首先得到分散性良好、热分解温度较低的前驱物［Zn5（CO3）2（OH）6］；然后对前驱物进行第二步热分解反应而得到纳米氧化锌。二步法的工艺流程如图3-14所示。

108.纳米硫酸钡有什么用途？

BaSO4是一种重要的无机化工产品，由于价格低、原料广、无毒性，广泛用于颜料、涂料、油墨、蓄电池、造纸、塑料、橡胶、陶瓷、搪瓷、香料等行业，全世界每年用量在100万吨以上。普通BaSO4粒度较大，具有光蔽性，它在涂料中形成的干涂料膜往往透明性差，表面光泽不好，黏结不牢固。普通BaSO4用作填充剂仅起增容、降低成本的作用。采用纳米BaSO4可使上述问题得到解决。纳米BaSO4突出的特点是：①优越的光学性能；②良好的分散性；③较好的吸附性。另外，纳米BaSO4用于涂料还可以改善涂料的流动性，防止沉淀。

纳米硫酸钡主要应用于涂料、油墨、美术颜料、橡胶、塑料、造纸业等工业领域。

109.纳米硫酸钡有哪些生产工艺？

纳米硫酸钡的生产工艺主要有沉淀法和分散剂液体喷雾法。

（1）沉淀法　将重晶石粉溶解于质量分数为98.07％的浓硫酸中进行搅拌溶解，在温度不超过50℃，硫酸钡过饱和度大于1.1×10-3g/L，可保证成核速率大于生长速率，反应完毕后倾出清液，向其中滴加一定的蒸馏水，使硫酸钡析出，然后进行离心沉淀。用质量分数为5％的氢氧化钠洗涤两次，水洗3次，在80℃条件下喷雾干燥，即可制得纳米级硫酸钡。

工艺流程如图3-15所示。

（2）分散剂液体喷雾法　在约0.1mol/L的BaCl2溶液中加入一定量的分散剂（如聚氧化乙烯十二烷胺），以1500～2000r/min速度搅拌，同时以150～100mL/h的速度喷雾约0.2mol/L的Na2SO4，使其充分反应，反应完毕后离心，水洗数次、干燥，可得到粒度小于150nm颗粒占93.4％以上的超细硫酸钡。在制备硫酸钡时，为了防止颗粒之间相互团聚，可选用次亚磷酸钠和聚氧化乙烯十二烷胺作为分散剂。从工业角度考虑，应选用价格比较低廉的次亚磷酸钠作为分散剂，当使用次亚磷酸钠作为分散剂时，由于能与Ba2+生成磷酸钡沉淀，从而影响BaSO4的纯度，为解决这一问题，可将分散剂先加入Na2SO4中而喷雾BaCl2溶液，但BaCl2的喷雾不能超过额定量；另外，由于BaCl2对人体有害，喷雾时钡离子易进入人体在血液中形成BaSO4沉淀，因此从工厂的环境条件和工人的身心健康方面考虑，应选用聚氧化乙烯十二烷胺作为分散剂。

110.水滑石有什么用途？

水滑石是天然存在的层柱状硅酸盐黏土矿物。它在自然界中储量不多，需要人工制备而得。水滑石类插层材料不仅具有离子交换特性和红外吸收特性等，而且水滑石还具有可变的组成，其在离子交换、吸附等领域广泛应用。例如以水滑石为基体可制备具有二维层状结构的高分子纳米插层复合材料，近年来在功能高分子材料及添加剂、医药、化妆品等方面的应用取得了较大进展。

111.水滑石有什么结构特性？

水滑石的组成为：Mg6Al2（OH）16CO3·4H2O。Mg2+和Al3+在其骨架上有序占据在OH-密堆积的八面体位置中，形成二维带过剩正电荷的氢氧化物单元层，此单元层被结合水分子的层隔开并达到电荷平衡。当骨架中Mg2+、Al3+分别被其他同价金属阳离子部分或全部同晶取代，或层间被其他阴离子交换的水滑石均称为类水滑石，化学通式为：。式中M2+、M3+分别为二价和三价的金属阳离子，A为不同价数的阴离子，X为M2+/（M2++M3+）元素摩尔比，m为层间结合水分子数。

与层状硅酸盐黏土矿物相比，水滑石具有如下特性。①层间阴离子可交换性。其他无机阴离子或多酸阴离子、有机阴离子、阴离子染料及阴离子型表面活性剂等均可与水滑石层间阴离子交换进入水滑石，制备具有较大层间距且性能特异的纳米插层材料。②骨架阳离子同晶取代性。在不改变水滑石晶体结构下，经同晶取代将多种其他金属离子引入水滑石骨架上，从而获得多种活性阳离子共存的均质材料。③热降解性。水滑石可经热降解逐步脱去晶体结构中的挥发性组分直到形成复合金属氧化物，由于骨架保持从而具有较大的比表面积和良好的稳定性。其双重酸/碱活性中心在催化方面更具特异性，在酯化、加氢、聚合、裂解等反应中均能表现出较好的催化活性。

112.水滑石如何制备？

水滑石的制备方法主要有共沉淀法、溶胶-凝胶法和水热合成法。

（1）共沉淀法　共沉淀法是制备水滑石的基本方法，即以可溶性铝盐和镁盐与沉淀剂反应生成沉淀物，经过滤、洗涤、干燥后制得水滑石。根据投料方式不同可分为单滴法和双滴法；根据沉淀方式不同衍生出低过饱和沉淀法和高过饱和沉淀法。共沉淀法合成温度低，过程简单，制得的水滑石具有较高的均匀性、颗粒尺寸分布较窄且具有一定形貌。但由于反应各组分的沉淀速度和沉淀平衡溶度积不可避免地存在着差异，所以导致产品组成的局部不均匀性，而且沉淀物还需反复洗涤过滤，才能除去混入的杂质离子。Reichle等以可溶性铝盐和镁盐加过量碱液及NaHCO3、Na2CO3或NH3·H2O等沉淀剂，60～75℃下老化，过滤、洗涤、真空干燥制得纳米级水滑石。共沉淀工艺条件与水滑石晶体的形貌、组成和粒径密切相关。老化温度过低，晶体的形成速度过慢；温度过高，则晶体生长速度过快，易形成粗晶。在65～75℃时合成的水滑石晶体结构较好，粒径3～15nm，BET比表面积100～120m2/g，可视为最佳老化温度。采用水热晶化处理共沉淀物，不仅能得到小粒径、高均匀度的水滑石，还能大大缩短晶化时间。结晶度、层间阴离子的排列有序度和晶体平均粒径均随水热晶化时间的增加而增大。在微波场下共沉淀合成水滑石，微波晶化法可以在约8min内达到与常规热晶化法24h同样的效果，避免了高温高压，而且缩短了结晶时间。

（2）溶胶-凝胶法　溶胶-凝胶法被广泛地应用于金属氧化物纳米粒子的制备。用金属醇盐或非醇盐制成前驱物，在一定条件下水解成溶胶，再制成凝胶，经干燥、热处理后制得所需的纳米粒子。如将醇镁溶解到含有少量盐酸的乙醇中，于80℃搅拌加入三仲丁醇铝的乙醇溶液，以NH3·H2O调节体系pH值为10，之后缓慢加入一定量的水得到凝胶，70℃下干燥24h，再热处理，得到水滑石。

（3）水热合成法　水热合成法以难溶或不溶的一元金属氧化物或盐为原料，采用水溶液或蒸气等流体为介质，在压热条件下合成水滑石。与一般湿化学法相比较，水热合成法具有如下优点：①反应在相对较高的温度和压力下进行，反应速度较快且有可能实现在常规条件下不能进行的反应；②一般不需高温烧结即可直接得到分散且结晶良好的粉体，避免了可能形成的粉体硬团聚；③可通过调节试验条件来控制纳米颗粒的结构、形态和纯度，具有结晶好、纯度高、粒度分布窄以及团聚少等优点；④环境污染少、工艺简单、成本较低，是一种具有较强竞争力的合成方法。

113.类水滑石如何制备？

改变水滑石骨架上的金属阳离子和层间的阴离子制备类水滑石，能在很大程度上调节水滑石的碱性和层间距，从而影响其催化性能。类水滑石的制备可分为直接和间接合成法。当金属阳离子和层间阴离子体积较小时，一般采用直接合成法；当层间阴离子体积较大时，如有机阴离子、杂多和同多阴离子、金属配离子等，通常采用间接合成法，即先合成得到水滑石，再通过离子交换法，将大体积离子插入水滑石层间。

（1）直接合成法　只要金属离子半径在5.0～7.4nm内，在不改变水滑石晶体结构时，可将多种金属离子直接引入水滑石骨架上取代Mg2+、Al3+，从而获得一系列二元、三元甚至四元的类水滑石。Chatelet等通过共沉淀法直接制备Co-Al、Ni-Al、Co-Pd-Al、Co-Rh-Al、Co-Mg-A1和Co-La-Al等二元和三元类水滑石，经过煅烧后得到复合金属氧化物，发现它们对催化分解氮氧化物反应具有一定的活性。Grubbs等将MgO、铝酸钠水溶液和含有Br-、Cl-或等阴离子的盐类在80～100℃下直接反应生成料浆，洗涤过滤，制得含上述阴离子的Mg-Al类水滑石。Kelkar等以假勃姆石（Pseudo-boehmite）的溶胶为铝源，与无机酸于50～60℃下剧烈搅拌成溶胶化，加入MgO与去离子水，得到含有Cl-的类水滑石。Indira等利用电化学法直接合成类水滑石，以镍与三价金属阳离子的硝酸盐或高氯酸盐为原料，经电解制得类水滑石，产物与氢氧化镍具有非常类似的层状结构。

（2）间接合成法

①焙烧复原法　在N2保护下高温煅烧水滑石，生成复合金属氧化物，再将其与欲插入的阴离子溶液进行反应，洗涤干燥后得到类水滑石。该法所得类水滑石纯度高、结晶度好，但操作步骤过于繁杂。

②离子交换法　按照交换方式的不同，离子交换法可分为直接交换法和间接交换法。直接交换法是将欲插入的阴离子与层间阴离子直接交换反应制得，包括加热交换法和微波交换法等。杜以波等将微波场作用在离子交换反应中，发现交换速度明显加快，在通常条件下很难插入的磷钨酸离子，在微波场下也较易进行。常见阴离子在层间的稳定顺序为：。直接离子交换过程存在一定的困难，由于上述阴离子间交换平衡常数相差并不是太大，且当层间阴离子体积较小，如Cl-球体直径小于1nm；欲插入的阴离子体积较大时，如金属配位阴离子，其球体直径一般都大于1nm，难以将小离子交换完全，导致制得的类水滑石纯度不高。因此，Kwon等提出有机阴离子插层前体法，即间接离子交换法。先将体积小的有机阴离子插入水滑石层间，然后用体积较大的阴离子进行交换。例如将有机阴离子对苯二甲酸根取代，再使其与SiW11Co-交换入层间得到最终产物Zn2Al-SiW11Co。

在Mg-Al水滑石层间与层具有较强的亲和力，其离子交换性不可逆，因此一般很少直接采用水滑石作为离子交换材料。人们通过热分解法先除去，再吸附其他阴离子进入层间，制得类水滑石，且还能重新恢复水滑石层状结构；用稀强酸溶液与含有的Mg-Al水滑石进行反应，排出，制得含Cl-、或类水滑石。在此基础之上将含Cl-的Mg-Al类水滑石用去离子水浸湿，逐滴滴加HCl溶液，调节体系pH=6，加入高浓度的K2Cr2O7溶液，反应2h，最终得亮黄色的固体Mg-Al类水滑石。

114.水滑石基纳米插层材料有哪些？

将同多或杂多含氧酸盐阴离子、功能性高分子或具有功能性基团的单体、阴离子型表面活性剂等插入到水滑石或类水滑石的层间，可以制备特殊性能和功用的纳米插层材料。水滑石基纳米插层材料本质上也是类水滑石，制备方法同类水滑石。水滑石基纳米插层材料主要有多酸型纳米水滑石插层材料和有机型水滑石纳米插层材料。

（1）多酸型纳米水滑石插层材料　为在分子或原子水平上设计与合成新型催化剂，调控催化性能，将体积较大的多酸阴离子插入水滑石层间可以制备大层间距多酸型纳米插层催化材料。这些插层材料作为新型微孔催化剂，既具有载体水滑石可调变的孔道结构和较强的择形性，又保留了多酸的氧化性和酸性的双功能特性，是一类日益受人们重视的非均相催化剂。贺庆林等制得一系列Zn2Al-XW11Z，其中X=Si、Ge、B；Z=Co2+、Cu2+、Ni2+。Keggin结构杂多酸水滑石插层材料，层间通道高约1nm，产物对苯甲醛的H2O2氧化反应具有较高活性和选择性。当Z=Co2+时，活性较高，甚至比均相体系中相应的杂多酸钾盐活性还高。Kwon等研究了等对异丙醇光氧化脱氢制丙酮的催化活性。胡长文等首次将单取代杂多阴离子BW11O39Co（H2O）等插入Zn-Al类水滑石制得插层催化材料，考察其在乙酸与正丁醇酯化反应中的催化活性。Watanabe等以Zn2Al-XW11Z水滑石插层材料为催化剂，以分子态氧为氧化剂，发现此插层材料在液相体系中对烯烃分子具有一定的环氧化催化活性。由于水滑石的层电荷密度高，难于直接离子交换，且多酸阴离子在碱性环境中稳定性又差，极易降解，使得多酸型水滑石插层材料研究工作进展缓慢。

（2）有机型水滑石纳米插层材料　有机型水滑石纳米插层材料是当前关注的热点之一。人们利用共沉淀法已将羧酸根以及甲基橙等直接插入Mg-Al或Zn-Al类水滑石，产物的层间距与插入羧酸的碳链长度成正比。Tanaka等将丙烯酸根插入含水滑石层间，插层前层间距0.4nm，插层后扩大到0.90nm；IR光谱在1640cm-1、1560cm-1和1450cm-1处有吸收，可确认丙烯酸根已插入水滑石层间。加入过二硫酸钾作聚合引发剂，在80℃下加热24h，IR光谱中1640cm-1处吸收消失，并出现聚丙烯酸的吸收，且DTA曲线也表明与聚丙烯酸的曲线相近，说明层间丙烯酸阴离子单体发生了聚合。Hussein等将有机阴离子染料NBB（Naphthol Blue Black）插入水滑石层间，其热稳定性优于NBB的钠盐。因NBB优异的不退色性，可用作食品、药物和化妆品等的染色剂，可广泛用于纺织行业的缓染工艺中。将表面活性剂插入水滑石层间，既能改变水滑石的层间距，又能改变水滑石纳米插层材料的亲水亲油性能，在去垢、矿物浮选、润滑等方面有着重要的潜在应用价值。Clearfield等通过离子交换法和共沉淀法将十二烷基硫酸根离子插入Zn-Cr类水滑石。所插入表面活性剂的碳链长度增大，不仅层间距变大，而且结晶度也随之增大。有机型水滑石纳米插层材料具有广阔的市场前景，可作为油性油漆和涂料等的助剂，可望取代质量不太稳定的蒙脱土类涂料流平剂和增稠剂；亦可作为高分子基纳米复合材料的原料，特别适用于作为农用薄膜、PVC改性剂和化妆品助剂等。

115.什么是蒙脱土？

蒙脱土是以蒙脱石为主要成分所组成的黏土，蒙脱土又称斑脱岩和膨土岩，是一种含蒙脱石大于85％的优质黏土。它的物理-化学性质、性能主要取决于所含蒙脱石的属性和相对含量，准确的名字应为蒙脱石黏土，习惯称为蒙脱土。

116.蒙脱土有什么性质？

蒙脱土多呈白色，有时为浅灰色、粉红色、浅绿色等。密度为2～2.7g/cm3，质软而有滑感，加水后体积膨胀达数倍，并变为糊状物。蒙脱石颗粒细小，在一般光学显微镜下难于观察其形态特征。在电子显微镜下，蒙脱石多呈他形鳞片状、片条状，有时也见有半自形、自形片状。集合体为云雾状、球状、海绵状及片状等。

117.蒙脱土的结构是什么？

蒙脱土的基本结构是由一个铝氧八面体夹在两个二氧化硅四面体之间，靠共用氧原子连接而形成的层状结构，层间距在纳米数量级。蒙脱土的晶体结构为单斜晶系，一般呈不规则片状，是一种二维平面层状结构的硅酸盐类黏土矿物，其最主要的结构单元是2:1层，即每个单位晶胞由二层平行排列的硅氧四面体和一层由铝与氧形成的二八面体构成。层与层的堆垛方式形成规则的范德华力空隙称为层间或层间域。硅氧四面体结构和铝氧八面体之间靠共用氧原子连接，形成单层厚度约1nm、长和宽各约100nm高度有序的准二维晶片。铝氧八面体中的中心离子Al3+可被同价或低价的阳离子如Fe3+、Mg2+、Zn2+等离子取代；硅氧四面体中的Si4+可被低价的Al3+随机置换，从而造成基本结构单元层内负电荷过剩，使其具有吸附阳离子的能力。过剩的负电荷靠游离于层间的Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子平衡。由于这些负电荷大部分分布在蒙脱土的层面上，吸附的阳离子与晶层间常被水分子所隔，两者结合较松弛。阳离子脱附和吸附所需能量较低，因此这些被吸附的阳离子在一定条件下可被其他无机金属离子或有机阳离子型表面活性剂和阳离子染料等进行阳离子交换。

118.蒙脱土有哪些吸附特性？

蒙脱土吸附可以分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三种类型。

（1）物理吸附　物理吸附是靠吸附剂与吸附质之间分子间引力产生的，即常说的范德华力产生的。物理吸附是一种可逆的吸附过程，吸附速度与脱附速度在一定条件下呈动态平衡。产生物理吸附的主要原因是蒙脱土表面分子具有表面能。由于蒙脱土在水中高度分散，物理吸附现象十分明显。

（2）化学吸附　化学吸附是靠吸附剂与吸附质之间的化学键力而产生的，化学吸附作用一般不可逆。在钻井泥浆中应用化学处理剂就是化学吸附作用的典型例子，如铁铬木质素磺酸盐加入到蒙脱土泥浆中就是利用铬离子在蒙脱土晶体的边缘上发生螯合吸附，这种化学吸附作用明显比物理吸附作用要稳定。因此用铁铬木质素磺酸盐处理的蒙脱土泥浆具有较高的抗温能力，可作为地热和超深井的抗高温泥浆体系。

（3）离子交换吸附　蒙脱土矿物晶体一般带负电荷，因此在蒙脱土颗粒表面要吸附等当量的相反电荷的阳离子。吸附的阳离子可以和溶液中的阳离子发生交换作用，这种作用称为离子交换吸附。离子交换吸附的特点是：同号离子相互交换，等电量相互交换。离子交换吸附的反应是可逆的，吸附和脱附的速度受离子浓度的影响，这种影响符合质量作用定律。

119.影响蒙脱土吸附的因素有哪些？

影响蒙脱土吸附的因素主要有：①蒙脱土类型的影响。钠质蒙脱土的吸附能力明显比钙质等其他类型的蒙脱土矿物吸附能力强；②蒙脱土颗粒大小的影响。进行粉碎的蒙脱土的吸附能力明显提高，粉碎越细，吸附作用越强；③溶液介质的影响，根据双电层理论，蒙脱土矿物晶体带负电，在形成双电层时会进行离子交换，如果溶液中离子浓度过高会压缩蒙脱土颗粒双电层，抑制蒙脱土的分散和扩散，甚至使蒙脱土产生凝聚和聚结。

120.蒙脱土有什么用途？

蒙脱土素有“万能矿物”之称，主要原因是蒙脱土具有一系列优异的性能和特殊的结构，被广泛用于冶金、机械铸造、钻探、石油化工、轻工、农林牧、建筑业等方面，计24个领域100多个部门，并且应用领域不断拓展，已延伸到人们日常生活、环境保护和军事工业等方面。我国主要用于铸造、钻井泥浆、铁矿球团3个方面，此外在纺织、印染、油脂脱色、石油净化、建筑材料、医药卫生、橡胶、洗涤剂、高级化妆品、食品、轻工、造纸、家禽饲料、聚合物增强材料等方面的应用也在不断拓展。

121.蒙脱土的选矿提纯方法有哪些？

蒙脱土的选矿提纯方法有手选、风选和水选三种。

（1）手选　手选一般在采矿场进行，人工将矿石中废石挑选出来，手选加工原则程序为：原矿→碎矿→干燥→手选→磨粉→包装。先将大块蒙脱土矿山破碎到20mm左右，轻质蒙脱土不需要破碎；然后将矿石干燥，使水分降到12％以下，可以加热干燥，也可以自然干燥。

（2）风选　目前国内95％的矿山都采用风选，一般入料品位均>80％。风选的原则流程为：原矿→干燥→磨粉→分级→包装。当天然蒙脱土质量较好时，提纯的效果较好，一些对蒙脱土产品纯度要求较高的日用化工、造纸等领域，就不能用干法提纯蒙脱土产品，因此蒙脱土产品应用范围受到限制，产品价格较低。

（3）湿法加工　为获得高纯蒙脱石，并充分利用蒙脱石含量为30％～80％的低品位蒙脱土资源，20世纪70年代国外研究成功蒙脱土湿法提纯工艺，湿法提纯产品质量好、纯度高，适合各种用途。

湿法提纯的工艺过程是将粒度小于5mm的矿石，经过原矿搅拌，制成浓度为25％的矿浆，并在水力分离器中进行分离，分离器叶轮转数为1250r/min，搅拌2min，沉砂作为陶瓷原料和制砖黏结剂，流溢进一步离心分离，离心机转数为2000r/min。大约45％的蒙脱石被分离出来，在温度105℃的条件下烘干，产品粒度为5μm，膨胀倍数20，几乎全是蒙脱石。此法的优点是产品纯度高，但耗水量大，脱水困难，生产成本高。

另一种方法是将品位<60％的蒙脱土首先制成矿浆，液固比为1.5～2，然后将矿浆打入混合器混合，同时加入六聚偏磷酸钠溶液，用量为蒙脱土重量的0.5％。混合好的矿浆进入沉淀器沉淀，沉沙即为杂质，悬浮物进一步离心分离，净化、烘干、包装即可。为获得高纯蒙脱石精矿，可采用多次沉淀的方法，最终产品品位可达90％以上。矿浆不能和偏磷酸盐长时间混合，否则会引起矿浆黏度增高。

122.热塑性塑料/蒙脱土纳米复合材料如何制备？

热塑性塑料/蒙脱土纳米复合材料的制备方法主要有原位插层聚合法、聚合物溶液插层聚合法、熔融插层法和聚合物乳液插层法。

（1）原位插层聚合法　原位插层聚合法就是把适合的单体插层到已改性的黏土层中，然后进行聚合反应。FengYang等自制了具有很好催化活性的蒙脱土/氯化镁/四氯化钛催化剂，并通过原位聚合乙烯得到聚乙烯蒙脱土纳米复合材料。

（2）聚合物溶液插层聚合法　溶液插层聚合法就是先把离子交换过的蒙脱土分散在合适的溶液中，把其和聚合物溶液混合并搅拌生成杂化物溶液，蒸发掉溶剂，在N2保护下加热到一定温度和一定时间来制备热塑性塑料/蒙脱土纳米复合材料。包丽萍等在四口烧瓶中加入甲基丙烯酸甲酯（MMA）单体、有机蒙脱土和偶氮二异丁氰（AIBN），在N2保护下进行一系列反应，制得聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）/蒙脱土纳米复合材料。

（3）熔融插层法　熔融插层法就是聚合物熔体借助于机械剪切作用插层进入有机物改性的黏土片层间形成纳米复合材料。马思远等将尼龙6、有机蒙脱土和阻燃剂（氢氧化镁、氨基硅油、十溴联苯醚和三氧化二锑、三聚氰胺焦磷酸盐、三聚氰胺磷酸盐）通过熔融插层法直接制备了尼龙6/有机蒙脱土阻燃复合材料。

（4）聚合物乳液插层法　采用乳液插层法在三口瓶中加入有机改性蒙脱土、MMA单体、十二烷基硫酸钠乳化剂、过硫酸铵等成功制备了PMMA/纳米有机改性蒙脱土复合材料。

上述方法都各有优缺点：原位插层聚合法体系比较复杂、反应时间长、难于控制；聚合物溶液插层法中会使用大量溶剂，而溶剂回收困难，对环境有污染，同时蒙脱土难以达到纳米级别的分散，但是操作简单；熔融插层法借助于机械剪切作用，由于复合材料熔体黏度高，分散相多为多层黏土结晶的聚集体，影响增强改性效果；聚合物乳液插层是一种方便、简单的良好方法，直接利用聚合物乳液如橡胶对分散的黏土进行插层，可规模化进行，并且能在一定范围内有效地调控复合物的组成比例，无环境污染。