五、納米礦物材料

103.什么是納米粉體礦物材料？

納米粉體礦物材料是由礦物材料制備的具有納米尺寸的粉體材料。當礦物材料被制備成超微顆粒（納米級）后它將顯示出許多奇異的特性；其光學、熱學、電學、磁學、力學以及化學方面的性質和大塊固體相比時將會有顯著的不同。納米粉體礦物材料的小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等使得他們呈現出常規材料不具備的特性，因此納米粉體礦物材料在環境保護、檢測、醫學、航天、涂料、化工、陶瓷等領域有廣闊的應用前景。目前工業中常用的納米粉體礦物材料有納米碳酸鈣、納米氧化鋅、納米硫酸鋇等。

104.納米碳酸鈣有什么用途？

納米碳酸鈣是指化學合成碳酸鈣的粒徑在0.1～100nm范圍內的產品，按照顆粒形狀的不同可以分為紡錘形、立方形、球形、鏈狀、纖維狀、棒狀、片狀和無定形等多種，其中以紡錘形、立方形、纖維狀、鏈狀和片狀最為普遍。

納米碳酸鈣是用量最大、適用范圍最廣的一種無機填充劑。碳酸鈣主要應用于橡膠、塑料、建材、紙張、涂料、油漆、醫藥、食品、飼料、牙膏、化妝品和油墨等的生產和應用中。

105.納米碳酸鈣如何制備？

納米碳酸鈣常見的制備方法有間歇碳化法和噴霧碳化法兩種。

（1）間歇碳化法　間歇碳化法類似于傳統輕質碳酸鈣的制備方法，不同的是輕質碳酸鈣是在鼓泡塔中進行反應，而納米碳酸鈣的制備一般是在攪拌反應器中進行，通過攪拌改善反應體系的傳質、傳熱效果。間歇碳化法必須對反應條件進行嚴格的控制，主要的控制因素有Ca（OH）2濃度、CO2流量、反應溫度、添加劑用量、添加劑加入時間等。通過控制不同的條件，可以制備出單體粒徑（或短徑）大于10nm的多種納米碳酸鈣產品，晶體顆粒形狀包括鏈狀、針狀、球形、立方形及片狀等。用該法得到的大部分產品為方解石型晶體，一部分為球霰石型，它們是通過在反應過程中加入聚合物添加劑得到的。另外，在反應系統中加入大量醇類進行碳化可得到非晶質碳酸鈣。由于造紙中堿性施膠的推廣應用，適合于造紙的立方形、片狀納米碳酸鈣專用產品的開發受到了足夠的重視，近期在這方面的專利文獻較多。間歇碳化法投資少，易于轉化，目前對它的研究開發較多，絕大部分納米碳酸鈣產品可由該法得到，是目前工業生產中應用最多的方法。間歇碳化法的工藝流程如圖3-11。

（2）噴霧碳化法　噴霧碳化法（也稱為連續碳化法），是將精制的石灰乳在空心錐形壓力式噴嘴的作用下，霧化成直徑約為0.1mm的液滴，均勻地從碳化塔頂部淋下，與塔底進入的二氧化碳混合氣體逆流接觸，進行碳化反應，制得納米碳酸鈣。噴霧碳化法的工藝流程如圖3-12所示。

噴霧碳化法一般采用兩段或三段連續碳化工藝，即石灰乳經第一段碳化塔碳化得反應混合液，然后噴入第二段碳化塔進行碳化得最終產品，或再噴入第三段碳化塔進行三段碳化得最終產品。由于碳化過程是分段進行的，因此可以對晶體的成核和生長過程進行分段控制，與間歇碳化法相比晶體的粒徑和形狀更容易控制。目前已用噴霧碳化法制得了粒徑為5～20nm的納米碳酸鈣，晶體形狀有片狀、針狀等。噴霧碳化法的主要控制因素有噴霧液滴直徑、氫氧化鈣濃度、碳化塔內的氣液比、反應溫度、每段的碳化率等。由于該工藝投資高、技術較復雜、操作難度大等因素的影響，特別是噴嘴霧化問題難以解決，因為要想提高噴嘴霧化效果，就必須縮小噴嘴孔徑，而縮小噴嘴孔徑則容易造成堵塞。

106.什么是納米氧化鋅？

納米氧化鋅為白色或微黃色的粉體材料（1～100nm），比表面積大于12m2/g，加壓下熔點約1800℃，常壓下1720℃升華，呈針狀或球狀結晶，是一種新型高功能精細無機產品。

107.納米氧化鋅的用途和制備方法有哪些？

氧化鋅主要用于橡膠、油漆、涂料、印染、玻璃、醫藥、化學、化工和陶瓷等工業。

根據制備過程的化學反應，通常將納米氧化鋅的制備分為一步法和二步法兩大類。一步法，即由鋅或鋅鹽與其他物質的混合物通過不同手段，采用一步工藝直接得到所需產物的方法，如水熱法、激光法、機械球磨法、噴霧熱解法、化學氣相沉積法等；二步法，即首先通過某種方法制備納米氧化鋅的前驅物，再由前驅物通過不同手段得到最終產物的方法，如溶膠-凝膠法、化學沉淀法、乳液或微乳液法、膠體化學法等。

一步法的工藝流程如圖3-13所示。

二步法是采用第一步的沉淀反應首先得到分散性良好、熱分解溫度較低的前驅物［Zn5（CO3）2（OH）6］；然后對前驅物進行第二步熱分解反應而得到納米氧化鋅。二步法的工藝流程如圖3-14所示。

108.納米硫酸鋇有什么用途？

BaSO4是一種重要的無機化工產品，由于價格低、原料廣、無毒性，廣泛用于顏料、涂料、油墨、蓄電池、造紙、塑料、橡膠、陶瓷、搪瓷、香料等行業，全世界每年用量在100萬噸以上。普通BaSO4粒度較大，具有光蔽性，它在涂料中形成的干涂料膜往往透明性差，表面光澤不好，黏結不牢固。普通BaSO4用作填充劑僅起增容、降低成本的作用。采用納米BaSO4可使上述問題得到解決。納米BaSO4突出的特點是：①優越的光學性能；②良好的分散性；③較好的吸附性。另外，納米BaSO4用于涂料還可以改善涂料的流動性，防止沉淀。

納米硫酸鋇主要應用于涂料、油墨、美術顏料、橡膠、塑料、造紙業等工業領域。

109.納米硫酸鋇有哪些生產工藝？

納米硫酸鋇的生產工藝主要有沉淀法和分散劑液體噴霧法。

（1）沉淀法　將重晶石粉溶解于質量分數為98.07％的濃硫酸中進行攪拌溶解，在溫度不超過50℃，硫酸鋇過飽和度大于1.1×10-3g/L，可保證成核速率大于生長速率，反應完畢后傾出清液，向其中滴加一定的蒸餾水，使硫酸鋇析出，然后進行離心沉淀。用質量分數為5％的氫氧化鈉洗滌兩次，水洗3次，在80℃條件下噴霧干燥，即可制得納米級硫酸鋇。

工藝流程如圖3-15所示。

（2）分散劑液體噴霧法　在約0.1mol/L的BaCl2溶液中加入一定量的分散劑（如聚氧化乙烯十二烷胺），以1500～2000r/min速度攪拌，同時以150～100mL/h的速度噴霧約0.2mol/L的Na2SO4，使其充分反應，反應完畢后離心，水洗數次、干燥，可得到粒度小于150nm顆粒占93.4％以上的超細硫酸鋇。在制備硫酸鋇時，為了防止顆粒之間相互團聚，可選用次亞磷酸鈉和聚氧化乙烯十二烷胺作為分散劑。從工業角度考慮，應選用價格比較低廉的次亞磷酸鈉作為分散劑，當使用次亞磷酸鈉作為分散劑時，由于能與Ba2+生成磷酸鋇沉淀，從而影響BaSO4的純度，為解決這一問題，可將分散劑先加入Na2SO4中而噴霧BaCl2溶液，但BaCl2的噴霧不能超過額定量；另外，由于BaCl2對人體有害，噴霧時鋇離子易進入人體在血液中形成BaSO4沉淀，因此從工廠的環境條件和工人的身心健康方面考慮，應選用聚氧化乙烯十二烷胺作為分散劑。

110.水滑石有什么用途？

水滑石是天然存在的層柱狀硅酸鹽黏土礦物。它在自然界中儲量不多，需要人工制備而得。水滑石類插層材料不僅具有離子交換特性和紅外吸收特性等，而且水滑石還具有可變的組成，其在離子交換、吸附等領域廣泛應用。例如以水滑石為基體可制備具有二維層狀結構的高分子納米插層復合材料，近年來在功能高分子材料及添加劑、醫藥、化妝品等方面的應用取得了較大進展。

111.水滑石有什么結構特性？

水滑石的組成為：Mg6Al2（OH）16CO3·4H2O。Mg2+和Al3+在其骨架上有序占據在OH-密堆積的八面體位置中，形成二維帶過剩正電荷的氫氧化物單元層，此單元層被結合水分子的層隔開并達到電荷平衡。當骨架中Mg2+、Al3+分別被其他同價金屬陽離子部分或全部同晶取代，或層間被其他陰離子交換的水滑石均稱為類水滑石，化學通式為：。式中M2+、M3+分別為二價和三價的金屬陽離子，A為不同價數的陰離子，X為M2+/（M2++M3+）元素摩爾比，m為層間結合水分子數。

與層狀硅酸鹽黏土礦物相比，水滑石具有如下特性。①層間陰離子可交換性。其他無機陰離子或多酸陰離子、有機陰離子、陰離子染料及陰離子型表面活性劑等均可與水滑石層間陰離子交換進入水滑石，制備具有較大層間距且性能特異的納米插層材料。②骨架陽離子同晶取代性。在不改變水滑石晶體結構下，經同晶取代將多種其他金屬離子引入水滑石骨架上，從而獲得多種活性陽離子共存的均質材料。③熱降解性。水滑石可經熱降解逐步脫去晶體結構中的揮發性組分直到形成復合金屬氧化物，由于骨架保持從而具有較大的比表面積和良好的穩定性。其雙重酸/堿活性中心在催化方面更具特異性，在酯化、加氫、聚合、裂解等反應中均能表現出較好的催化活性。

112.水滑石如何制備？

水滑石的制備方法主要有共沉淀法、溶膠-凝膠法和水熱合成法。

（1）共沉淀法　共沉淀法是制備水滑石的基本方法，即以可溶性鋁鹽和鎂鹽與沉淀劑反應生成沉淀物，經過濾、洗滌、干燥后制得水滑石。根據投料方式不同可分為單滴法和雙滴法；根據沉淀方式不同衍生出低過飽和沉淀法和高過飽和沉淀法。共沉淀法合成溫度低，過程簡單，制得的水滑石具有較高的均勻性、顆粒尺寸分布較窄且具有一定形貌。但由于反應各組分的沉淀速度和沉淀平衡溶度積不可避免地存在著差異，所以導致產品組成的局部不均勻性，而且沉淀物還需反復洗滌過濾，才能除去混入的雜質離子。Reichle等以可溶性鋁鹽和鎂鹽加過量堿液及NaHCO3、Na2CO3或NH3·H2O等沉淀劑，60～75℃下老化，過濾、洗滌、真空干燥制得納米級水滑石。共沉淀工藝條件與水滑石晶體的形貌、組成和粒徑密切相關。老化溫度過低，晶體的形成速度過慢；溫度過高，則晶體生長速度過快，易形成粗晶。在65～75℃時合成的水滑石晶體結構較好，粒徑3～15nm，BET比表面積100～120m2/g，可視為最佳老化溫度。采用水熱晶化處理共沉淀物，不僅能得到小粒徑、高均勻度的水滑石，還能大大縮短晶化時間。結晶度、層間陰離子的排列有序度和晶體平均粒徑均隨水熱晶化時間的增加而增大。在微波場下共沉淀合成水滑石，微波晶化法可以在約8min內達到與常規熱晶化法24h同樣的效果，避免了高溫高壓，而且縮短了結晶時間。

（2）溶膠-凝膠法　溶膠-凝膠法被廣泛地應用于金屬氧化物納米粒子的制備。用金屬醇鹽或非醇鹽制成前驅物，在一定條件下水解成溶膠，再制成凝膠，經干燥、熱處理后制得所需的納米粒子。如將醇鎂溶解到含有少量鹽酸的乙醇中，于80℃攪拌加入三仲丁醇鋁的乙醇溶液，以NH3·H2O調節體系pH值為10，之后緩慢加入一定量的水得到凝膠，70℃下干燥24h，再熱處理，得到水滑石。

（3）水熱合成法　水熱合成法以難溶或不溶的一元金屬氧化物或鹽為原料，采用水溶液或蒸氣等流體為介質，在壓熱條件下合成水滑石。與一般濕化學法相比較，水熱合成法具有如下優點：①反應在相對較高的溫度和壓力下進行，反應速度較快且有可能實現在常規條件下不能進行的反應；②一般不需高溫燒結即可直接得到分散且結晶良好的粉體，避免了可能形成的粉體硬團聚；③可通過調節試驗條件來控制納米顆粒的結構、形態和純度，具有結晶好、純度高、粒度分布窄以及團聚少等優點；④環境污染少、工藝簡單、成本較低，是一種具有較強競爭力的合成方法。

113.類水滑石如何制備？

改變水滑石骨架上的金屬陽離子和層間的陰離子制備類水滑石，能在很大程度上調節水滑石的堿性和層間距，從而影響其催化性能。類水滑石的制備可分為直接和間接合成法。當金屬陽離子和層間陰離子體積較小時，一般采用直接合成法；當層間陰離子體積較大時，如有機陰離子、雜多和同多陰離子、金屬配離子等，通常采用間接合成法，即先合成得到水滑石，再通過離子交換法，將大體積離子插入水滑石層間。

（1）直接合成法　只要金屬離子半徑在5.0～7.4nm內，在不改變水滑石晶體結構時，可將多種金屬離子直接引入水滑石骨架上取代Mg2+、Al3+，從而獲得一系列二元、三元甚至四元的類水滑石。Chatelet等通過共沉淀法直接制備Co-Al、Ni-Al、Co-Pd-Al、Co-Rh-Al、Co-Mg-A1和Co-La-Al等二元和三元類水滑石，經過煅燒后得到復合金屬氧化物，發現它們對催化分解氮氧化物反應具有一定的活性。Grubbs等將MgO、鋁酸鈉水溶液和含有Br-、Cl-或等陰離子的鹽類在80～100℃下直接反應生成料漿，洗滌過濾，制得含上述陰離子的Mg-Al類水滑石。Kelkar等以假勃姆石（Pseudo-boehmite）的溶膠為鋁源，與無機酸于50～60℃下劇烈攪拌成溶膠化，加入MgO與去離子水，得到含有Cl-的類水滑石。Indira等利用電化學法直接合成類水滑石，以鎳與三價金屬陽離子的硝酸鹽或高氯酸鹽為原料，經電解制得類水滑石，產物與氫氧化鎳具有非常類似的層狀結構。

（2）間接合成法

①焙燒復原法　在N2保護下高溫煅燒水滑石，生成復合金屬氧化物，再將其與欲插入的陰離子溶液進行反應，洗滌干燥后得到類水滑石。該法所得類水滑石純度高、結晶度好，但操作步驟過于繁雜。

②離子交換法　按照交換方式的不同，離子交換法可分為直接交換法和間接交換法。直接交換法是將欲插入的陰離子與層間陰離子直接交換反應制得，包括加熱交換法和微波交換法等。杜以波等將微波場作用在離子交換反應中，發現交換速度明顯加快，在通常條件下很難插入的磷鎢酸離子，在微波場下也較易進行。常見陰離子在層間的穩定順序為：。直接離子交換過程存在一定的困難，由于上述陰離子間交換平衡常數相差并不是太大，且當層間陰離子體積較小，如Cl-球體直徑小于1nm；欲插入的陰離子體積較大時，如金屬配位陰離子，其球體直徑一般都大于1nm，難以將小離子交換完全，導致制得的類水滑石純度不高。因此，Kwon等提出有機陰離子插層前體法，即間接離子交換法。先將體積小的有機陰離子插入水滑石層間，然后用體積較大的陰離子進行交換。例如將有機陰離子對苯二甲酸根取代，再使其與SiW11Co-交換入層間得到最終產物Zn2Al-SiW11Co。

在Mg-Al水滑石層間與層具有較強的親和力，其離子交換性不可逆，因此一般很少直接采用水滑石作為離子交換材料。人們通過熱分解法先除去，再吸附其他陰離子進入層間，制得類水滑石，且還能重新恢復水滑石層狀結構；用稀強酸溶液與含有的Mg-Al水滑石進行反應，排出，制得含Cl-、或類水滑石。在此基礎之上將含Cl-的Mg-Al類水滑石用去離子水浸濕，逐滴滴加HCl溶液，調節體系pH=6，加入高濃度的K2Cr2O7溶液，反應2h，最終得亮黃色的固體Mg-Al類水滑石。

114.水滑石基納米插層材料有哪些？

將同多或雜多含氧酸鹽陰離子、功能性高分子或具有功能性基團的單體、陰離子型表面活性劑等插入到水滑石或類水滑石的層間，可以制備特殊性能和功用的納米插層材料。水滑石基納米插層材料本質上也是類水滑石，制備方法同類水滑石。水滑石基納米插層材料主要有多酸型納米水滑石插層材料和有機型水滑石納米插層材料。

（1）多酸型納米水滑石插層材料　為在分子或原子水平上設計與合成新型催化劑，調控催化性能，將體積較大的多酸陰離子插入水滑石層間可以制備大層間距多酸型納米插層催化材料。這些插層材料作為新型微孔催化劑，既具有載體水滑石可調變的孔道結構和較強的擇形性，又保留了多酸的氧化性和酸性的雙功能特性，是一類日益受人們重視的非均相催化劑。賀慶林等制得一系列Zn2Al-XW11Z，其中X=Si、Ge、B；Z=Co2+、Cu2+、Ni2+。Keggin結構雜多酸水滑石插層材料，層間通道高約1nm，產物對苯甲醛的H2O2氧化反應具有較高活性和選擇性。當Z=Co2+時，活性較高，甚至比均相體系中相應的雜多酸鉀鹽活性還高。Kwon等研究了等對異丙醇光氧化脫氫制丙酮的催化活性。胡長文等首次將單取代雜多陰離子BW11O39Co（H2O）等插入Zn-Al類水滑石制得插層催化材料，考察其在乙酸與正丁醇酯化反應中的催化活性。Watanabe等以Zn2Al-XW11Z水滑石插層材料為催化劑，以分子態氧為氧化劑，發現此插層材料在液相體系中對烯烴分子具有一定的環氧化催化活性。由于水滑石的層電荷密度高，難于直接離子交換，且多酸陰離子在堿性環境中穩定性又差，極易降解，使得多酸型水滑石插層材料研究工作進展緩慢。

（2）有機型水滑石納米插層材料　有機型水滑石納米插層材料是當前關注的熱點之一。人們利用共沉淀法已將羧酸根以及甲基橙等直接插入Mg-Al或Zn-Al類水滑石，產物的層間距與插入羧酸的碳鏈長度成正比。Tanaka等將丙烯酸根插入含水滑石層間，插層前層間距0.4nm，插層后擴大到0.90nm；IR光譜在1640cm-1、1560cm-1和1450cm-1處有吸收，可確認丙烯酸根已插入水滑石層間。加入過二硫酸鉀作聚合引發劑，在80℃下加熱24h，IR光譜中1640cm-1處吸收消失，并出現聚丙烯酸的吸收，且DTA曲線也表明與聚丙烯酸的曲線相近，說明層間丙烯酸陰離子單體發生了聚合。Hussein等將有機陰離子染料NBB（Naphthol Blue Black）插入水滑石層間，其熱穩定性優于NBB的鈉鹽。因NBB優異的不退色性，可用作食品、藥物和化妝品等的染色劑，可廣泛用于紡織行業的緩染工藝中。將表面活性劑插入水滑石層間，既能改變水滑石的層間距，又能改變水滑石納米插層材料的親水親油性能，在去垢、礦物浮選、潤滑等方面有著重要的潛在應用價值。Clearfield等通過離子交換法和共沉淀法將十二烷基硫酸根離子插入Zn-Cr類水滑石。所插入表面活性劑的碳鏈長度增大，不僅層間距變大，而且結晶度也隨之增大。有機型水滑石納米插層材料具有廣闊的市場前景，可作為油性油漆和涂料等的助劑，可望取代質量不太穩定的蒙脫土類涂料流平劑和增稠劑；亦可作為高分子基納米復合材料的原料，特別適用于作為農用薄膜、PVC改性劑和化妝品助劑等。

115.什么是蒙脫土？

蒙脫土是以蒙脫石為主要成分所組成的黏土，蒙脫土又稱斑脫巖和膨土巖，是一種含蒙脫石大于85％的優質黏土。它的物理-化學性質、性能主要取決于所含蒙脫石的屬性和相對含量，準確的名字應為蒙脫石黏土，習慣稱為蒙脫土。

116.蒙脫土有什么性質？

蒙脫土多呈白色，有時為淺灰色、粉紅色、淺綠色等。密度為2～2.7g/cm3，質軟而有滑感，加水后體積膨脹達數倍，并變為糊狀物。蒙脫石顆粒細小，在一般光學顯微鏡下難于觀察其形態特征。在電子顯微鏡下，蒙脫石多呈他形鱗片狀、片條狀，有時也見有半自形、自形片狀。集合體為云霧狀、球狀、海綿狀及片狀等。

117.蒙脫土的結構是什么？

蒙脫土的基本結構是由一個鋁氧八面體夾在兩個二氧化硅四面體之間，靠共用氧原子連接而形成的層狀結構，層間距在納米數量級。蒙脫土的晶體結構為單斜晶系，一般呈不規則片狀，是一種二維平面層狀結構的硅酸鹽類黏土礦物，其最主要的結構單元是2:1層，即每個單位晶胞由二層平行排列的硅氧四面體和一層由鋁與氧形成的二八面體構成。層與層的堆垛方式形成規則的范德華力空隙稱為層間或層間域。硅氧四面體結構和鋁氧八面體之間靠共用氧原子連接，形成單層厚度約1nm、長和寬各約100nm高度有序的準二維晶片。鋁氧八面體中的中心離子Al3+可被同價或低價的陽離子如Fe3+、Mg2+、Zn2+等離子取代；硅氧四面體中的Si4+可被低價的Al3+隨機置換，從而造成基本結構單元層內負電荷過剩，使其具有吸附陽離子的能力。過剩的負電荷靠游離于層間的Na+、Ca2+、Mg2+等陽離子平衡。由于這些負電荷大部分分布在蒙脫土的層面上，吸附的陽離子與晶層間常被水分子所隔，兩者結合較松弛。陽離子脫附和吸附所需能量較低，因此這些被吸附的陽離子在一定條件下可被其他無機金屬離子或有機陽離子型表面活性劑和陽離子染料等進行陽離子交換。

118.蒙脫土有哪些吸附特性？

蒙脫土吸附可以分為物理吸附、化學吸附和離子交換吸附三種類型。

（1）物理吸附　物理吸附是靠吸附劑與吸附質之間分子間引力產生的，即常說的范德華力產生的。物理吸附是一種可逆的吸附過程，吸附速度與脫附速度在一定條件下呈動態平衡。產生物理吸附的主要原因是蒙脫土表面分子具有表面能。由于蒙脫土在水中高度分散，物理吸附現象十分明顯。

（2）化學吸附　化學吸附是靠吸附劑與吸附質之間的化學鍵力而產生的，化學吸附作用一般不可逆。在鉆井泥漿中應用化學處理劑就是化學吸附作用的典型例子，如鐵鉻木質素磺酸鹽加入到蒙脫土泥漿中就是利用鉻離子在蒙脫土晶體的邊緣上發生螯合吸附，這種化學吸附作用明顯比物理吸附作用要穩定。因此用鐵鉻木質素磺酸鹽處理的蒙脫土泥漿具有較高的抗溫能力，可作為地熱和超深井的抗高溫泥漿體系。

（3）離子交換吸附　蒙脫土礦物晶體一般帶負電荷，因此在蒙脫土顆粒表面要吸附等當量的相反電荷的陽離子。吸附的陽離子可以和溶液中的陽離子發生交換作用，這種作用稱為離子交換吸附。離子交換吸附的特點是：同號離子相互交換，等電量相互交換。離子交換吸附的反應是可逆的，吸附和脫附的速度受離子濃度的影響，這種影響符合質量作用定律。

119.影響蒙脫土吸附的因素有哪些？

影響蒙脫土吸附的因素主要有：①蒙脫土類型的影響。鈉質蒙脫土的吸附能力明顯比鈣質等其他類型的蒙脫土礦物吸附能力強；②蒙脫土顆粒大小的影響。進行粉碎的蒙脫土的吸附能力明顯提高，粉碎越細，吸附作用越強；③溶液介質的影響，根據雙電層理論，蒙脫土礦物晶體帶負電，在形成雙電層時會進行離子交換，如果溶液中離子濃度過高會壓縮蒙脫土顆粒雙電層，抑制蒙脫土的分散和擴散，甚至使蒙脫土產生凝聚和聚結。

120.蒙脫土有什么用途？

蒙脫土素有“萬能礦物”之稱，主要原因是蒙脫土具有一系列優異的性能和特殊的結構，被廣泛用于冶金、機械鑄造、鉆探、石油化工、輕工、農林牧、建筑業等方面，計24個領域100多個部門，并且應用領域不斷拓展，已延伸到人們日常生活、環境保護和軍事工業等方面。我國主要用于鑄造、鉆井泥漿、鐵礦球團3個方面，此外在紡織、印染、油脂脫色、石油凈化、建筑材料、醫藥衛生、橡膠、洗滌劑、高級化妝品、食品、輕工、造紙、家禽飼料、聚合物增強材料等方面的應用也在不斷拓展。

121.蒙脫土的選礦提純方法有哪些？

蒙脫土的選礦提純方法有手選、風選和水選三種。

（1）手選　手選一般在采礦場進行，人工將礦石中廢石挑選出來，手選加工原則程序為：原礦→碎礦→干燥→手選→磨粉→包裝。先將大塊蒙脫土礦山破碎到20mm左右，輕質蒙脫土不需要破碎；然后將礦石干燥，使水分降到12％以下，可以加熱干燥，也可以自然干燥。

（2）風選　目前國內95％的礦山都采用風選，一般入料品位均>80％。風選的原則流程為：原礦→干燥→磨粉→分級→包裝。當天然蒙脫土質量較好時，提純的效果較好，一些對蒙脫土產品純度要求較高的日用化工、造紙等領域，就不能用干法提純蒙脫土產品，因此蒙脫土產品應用范圍受到限制，產品價格較低。

（3）濕法加工　為獲得高純蒙脫石，并充分利用蒙脫石含量為30％～80％的低品位蒙脫土資源，20世紀70年代國外研究成功蒙脫土濕法提純工藝，濕法提純產品質量好、純度高，適合各種用途。

濕法提純的工藝過程是將粒度小于5mm的礦石，經過原礦攪拌，制成濃度為25％的礦漿，并在水力分離器中進行分離，分離器葉輪轉數為1250r/min，攪拌2min，沉砂作為陶瓷原料和制磚黏結劑，流溢進一步離心分離，離心機轉數為2000r/min。大約45％的蒙脫石被分離出來，在溫度105℃的條件下烘干，產品粒度為5μm，膨脹倍數20，幾乎全是蒙脫石。此法的優點是產品純度高，但耗水量大，脫水困難，生產成本高。

另一種方法是將品位<60％的蒙脫土首先制成礦漿，液固比為1.5～2，然后將礦漿打入混合器混合，同時加入六聚偏磷酸鈉溶液，用量為蒙脫土重量的0.5％。混合好的礦漿進入沉淀器沉淀，沉沙即為雜質，懸浮物進一步離心分離，凈化、烘干、包裝即可。為獲得高純蒙脫石精礦，可采用多次沉淀的方法，最終產品品位可達90％以上。礦漿不能和偏磷酸鹽長時間混合，否則會引起礦漿黏度增高。

122.熱塑性塑料/蒙脫土納米復合材料如何制備？

熱塑性塑料/蒙脫土納米復合材料的制備方法主要有原位插層聚合法、聚合物溶液插層聚合法、熔融插層法和聚合物乳液插層法。

（1）原位插層聚合法　原位插層聚合法就是把適合的單體插層到已改性的黏土層中，然后進行聚合反應。FengYang等自制了具有很好催化活性的蒙脫土/氯化鎂/四氯化鈦催化劑，并通過原位聚合乙烯得到聚乙烯蒙脫土納米復合材料。

（2）聚合物溶液插層聚合法　溶液插層聚合法就是先把離子交換過的蒙脫土分散在合適的溶液中，把其和聚合物溶液混合并攪拌生成雜化物溶液，蒸發掉溶劑，在N2保護下加熱到一定溫度和一定時間來制備熱塑性塑料/蒙脫土納米復合材料。包麗萍等在四口燒瓶中加入甲基丙烯酸甲酯（MMA）單體、有機蒙脫土和偶氮二異丁氰（AIBN），在N2保護下進行一系列反應，制得聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）/蒙脫土納米復合材料。

（3）熔融插層法　熔融插層法就是聚合物熔體借助于機械剪切作用插層進入有機物改性的黏土片層間形成納米復合材料。馬思遠等將尼龍6、有機蒙脫土和阻燃劑（氫氧化鎂、氨基硅油、十溴聯苯醚和三氧化二銻、三聚氰胺焦磷酸鹽、三聚氰胺磷酸鹽）通過熔融插層法直接制備了尼龍6/有機蒙脫土阻燃復合材料。

（4）聚合物乳液插層法　采用乳液插層法在三口瓶中加入有機改性蒙脫土、MMA單體、十二烷基硫酸鈉乳化劑、過硫酸銨等成功制備了PMMA/納米有機改性蒙脫土復合材料。

上述方法都各有優缺點：原位插層聚合法體系比較復雜、反應時間長、難于控制；聚合物溶液插層法中會使用大量溶劑，而溶劑回收困難，對環境有污染，同時蒙脫土難以達到納米級別的分散，但是操作簡單；熔融插層法借助于機械剪切作用，由于復合材料熔體黏度高，分散相多為多層黏土結晶的聚集體，影響增強改性效果；聚合物乳液插層是一種方便、簡單的良好方法，直接利用聚合物乳液如橡膠對分散的黏土進行插層，可規模化進行，并且能在一定范圍內有效地調控復合物的組成比例，無環境污染。