九、环境材料

154.什么是膨润土？

膨润土又称膨土岩、斑脱岩，是一种以蒙脱石（Montmorillonite）为主要矿物的黏土岩，质纯的膨润土罕见，一般都含有不等量的杂质，如石英、长石、云母、沸石等，其纯度因产地而有所差异。膨润土中的蒙脱石质量分数一般为30％～80％，密度为2.4～2.8g/cm3，熔点为1330～1430℃。蒙脱石是含水的层状铝硅酸盐，其晶胞结构由二层硅氧四面体片和一层铝氧八面体片构成。晶层表面都是氧原子，没有氢氧原子组，晶层间没有氢键结合力，只有松弛的联系；晶层间距离为0.96～2.14nm；水分子或其他交换性阳离子可以进入层间。在蒙脱石的四面体中有不大于1/15的Si4+被Al3+置换，八面体中有1/6～1/3的Al3+被Mg2+置换，造成晶层间产生永久性负电荷，此负电荷由处于层状结构外部的K+、Na+等来平衡。

蒙脱石的组成为Ex（H2O）4{（Al2-x，Mgx）2［（Si，Al）4O10］（OH）2}。其中，E为层间可交换阳离子（Na+、K+等）；x为作为一价阳离子时单位化学式的层电荷数（0.2～0.6）。其理论化学成分为SiO266.72％，Al2O328.53％，H2O5％。蒙脱石为鳞片状者（001）解理完全，柔软、有滑感。

155.膨润土如何提纯？

膨润土的提纯方法一般分为物理提纯方法和化学提纯方法。物理提纯方法即选矿提纯方法，又分为手选、风选（干法提纯）和水选（湿法提纯）3种。

物理提纯方法中手选法工艺详如图3-32。

根据膨润土的原矿情况，软质膨润土无须破碎，硬质膨润土则须利用颚式破碎机或雷蒙磨将其破碎至粒径（）为2cm左右的碎块；然后采用自然或加热干燥去除水分（水含量≤12％～6％）；手选或用振动筛剔除≥2cm的大块；最后利用雷蒙磨将细粒矿石粉碎（约74μm）。

风选（干法提纯）是目前普遍使用的膨润土提纯方法，该法适用于蒙脱石含量高（蒙脱石含量大于80％）、粒度较细而脉石矿物石英、长石较粗的矿石。其工艺流程如图3-33所示。

对于原矿中蒙脱石含量只在30％～80％的低品位膨润土或所含长石、石英的粒度不是很大的膨润土，要获得更高纯度的膨润土或蒙脱石，往往采用湿法提纯。湿法提纯工艺如图3-34所示。

156.什么是凹凸棒石？

凹凸棒石（又名坡缕石）是一种层链状的含水铝镁硅酸盐，其化学式为（Mg，Al）5（H2O）4［（Si，Al）4O10］（OH）2·4H2O，化学成分的理论值为：MgO 23.83％，SiO256.96％，H2O19.21％，常含有Ca、Al、Fe等离子的类质同象置换。

157.凹凸棒石有何用途？

凹凸棒石因具有良好的抗盐性、耐碱性、热稳定性而成为当前最好的特殊泥浆料，用于地热、盐类地层、石油及海洋钻探。由于它具有良好的吸附、脱色、净化、过滤性能，而广泛应用于食品、酿造、医药、环保、国防、畜牧等方面。作为填料用于橡胶、塑料、纸张、而改善制品的强度、弹性及热稳定性。作为黏结剂用于冶金球团、化妆品、型砂、去污粉及陶瓷业，还用作表面涂层稠化即、密封材料、催化剂载体等。

158.凹凸棒石如何制备？

凹凸棒石结构内部丰富的孔隙赋予其较强的吸附能力。天然凹凸棒石因产地不同，矿物组成、结晶程度、杂质含量不同，为提高其吸附能力，需进行提纯及改性处理，用自然沉降法对凹凸棒石原土进行提纯。凹凸棒石吸附剂的制备工艺如图3-35所示。

将凹凸棒石原土放入水中，按质量比50:1加入分散剂六偏磷酸钠，充分搅拌、浸泡24h；然后，将浸泡后的凹凸棒石悬浮液充分搅拌，静置0.5h，用虹吸法吸取上层清液约10cm；再加水到同样位置，重复以上沉降、静置、吸取上层清液操作；将抽出的上层清液放入烘箱中烘干，研磨至粒径小于0.074mm，得到提纯的凹凸棒石。然后将凹凸棒石改性：称取1g经提纯的凹凸棒石，放入250mL锥形瓶中，加入改性剂，置于150r·min-1振荡器上振荡2h，然后在4000r·min-1离心机进行离心分离，弃去上层清液，再用蒸馏水洗涤并离心分离，将产物烘干并研磨至粒径小于0.074mm，制得改性凹凸棒石吸附剂。

159.海泡石有何用途？

海泡石呈白、浅灰、褐红等色，硬度2～2.15，密度2～2.3g/cm3，性软，有滑腻感，具有吸附性、抗盐性、阳离子交换性能等。

海泡石具有独特的抗热分散稳定性和很强的表面吸附能力，已被广泛地应用在石油、化学工程、冶金、建材、轻工、纺织、食品加工、军事、环保、农业、医药等部门。

160.什么是麦饭石？

麦饭石是一种普通硅酸盐岩类。主要矿物有石英、斜长石、钾长石及少量暗色矿物黑云母、角闪石、磁铁矿，为一种浅成、超浅成的侵入岩或次火山岩。麦饭石的原岩多为石英斑岩、石英二长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、花岗片麻岩等，经风化蚀变后，成为结构疏松的层状、脉状、透镜状体的麦饭石产出。其矿物成分和化学成分基本与未风化的原岩一致，只是麦饭石中多了一些高岭土、绢云母、蒙脱石、绿帘石、绿泥石等蚀变矿物；化学成分中氧化物含量和微量元素、稀土元素含量比原岩要低些。但在岩石结构构造上麦饭石颇有特色，即具有孔隙发育的筛网状结构。

161.麦饭石产品如何制备？

根据用途的不同，麦饭石产品的制备方法也不同。图3-36为作为吸附剂使用的麦饭石颗粒的制备工艺。

麦饭石原样经破碎、筛分，过180μm（80目）筛子，用2mol/L NaCl溶液处理12h，过滤清洗，在105℃烘干，过180μm（80目）筛，将麦饭石转为Na型；麦饭石原样用2mol/L CaCl2溶液处理12h，过滤清洗，在105℃烘干，过180μm（80目）筛，即可将麦饭石转为Ca型。经实验表明，麦饭石转为Na、Ca型和高温灼烧活化能够提高麦饭石颗粒的吸附性能。

162.作为保鲜剂使用的麦饭石颗粒如何制备？

麦饭石也是冰箱除臭剂。作为保鲜剂使用的麦饭石颗粒的制备工艺如图3-37所示。麦饭石石块经清洗、烘干后，倒入粉碎机粉碎成不同粒度的麦饭石颗粒；然后经振动分级筛，分出不同粒度的麦饭石颗粒，经包装、封袋、装盒，得到麦饭石除臭剂产品。

用30～50g麦饭石细颗粒装入纱布或其他容器内，放入冰箱中，冰箱中的不良气味在很短时间内就会消失。用250g麦饭石颗粒装入纱布袋或其他容器内，置于电冰箱中，能祛除冰箱中食物、蔬菜放出的异味，保持食物的新鲜不变味。每半个月把麦饭石从冰箱中取出清洗后，晾晒1～2天或经水煮或用酸处理后可连续使用2～3个月。麦饭石除臭效果比活性炭高1～2倍。

163.什么是硅藻土？

硅藻土的主要成分为非晶质的SiO2，此外，还含有Al2O3、Fe2O3、MgO及一定量的有机质。硅藻土的一般化学成分为：SiO250％～95.23％、Al2O30.53％～19.21％、Fe2O30.26％～8.05％、CaO0.2％～8.16％、MgO0.1％～2.3％、TiO20.04％～4.65％、烧失量为2.93％～26.5％。

根据矿石中硅藻、黏土、碎屑的相对含量可把硅藻土矿石分成四种类型，硅藻土、含黏土硅藻土、黏土质硅藻土、硅藻黏土。

164.硅藻土有何用途？

硅藻土具有多孔性、低密度、比表面积大、吸附性强、熔点高、隔热吸音，并且还具有相对不可压缩性和化学稳定性等特殊性质，被广泛地用于冶金、化工建材、石油、食品等工业领域。

165.什么是沸石？

沸石是沸石族矿物的总称，为一种含水的架状结构铝硅酸盐矿物，其化学通式为AmBqO2q·nH2O，式中A=Ca、Na、K、Ba、Sr等阳离子，B=Al和Si，q为阳离子电价，m为阳离子数，n为水分子数。沸石的化学成分主要为SiO2、Al2O3、H2O及碱或碱土金属，其中SiO2+Al2O3约占80％。

166.沸石有何用途？

沸石的基本结构为［（Si，Al）O4］四面体四个角顶共用联结而成的架状多孔晶体结构，其孔内有大量的金属阳离子，如Na、Ca、Sr、Ba、K、Mg等阳离子，这些阳离子可以进行离子交换的离子源，是一种良好的离子交换介质；另外，沸石比表面积大，具有优良的吸附性能，是最早用于重金属污染治理的环境矿物材料。同时，沸石在生产加工过程中不会产生污染，使用后再生容易，完全具有环境协调型材料的特点，因此沸石在环保、化工催化、轻工、农业和环境材料等领域越来越得到人们的重视。

167.八面沸石如何制备？

制备八面沸石的工艺流程见图3-38。改性的条件比较严格，当反应中碱液浓度低时（<2mol/L），易生成P型沸石（钙十字沸石型）；当反应中碱液浓度过高时（>4mol/L），则生成羟基方钠石。因此，反应的碱液浓度、助剂和水的用量均需严格控制。