九、環境材料

154.什么是膨潤土？

膨潤土又稱膨土巖、斑脫巖，是一種以蒙脫石（Montmorillonite）為主要礦物的黏土巖，質純的膨潤土罕見，一般都含有不等量的雜質，如石英、長石、云母、沸石等，其純度因產地而有所差異。膨潤土中的蒙脫石質量分數一般為30％～80％，密度為2.4～2.8g/cm3，熔點為1330～1430℃。蒙脫石是含水的層狀鋁硅酸鹽，其晶胞結構由二層硅氧四面體片和一層鋁氧八面體片構成。晶層表面都是氧原子，沒有氫氧原子組，晶層間沒有氫鍵結合力，只有松弛的聯系；晶層間距離為0.96～2.14nm；水分子或其他交換性陽離子可以進入層間。在蒙脫石的四面體中有不大于1/15的Si4+被Al3+置換，八面體中有1/6～1/3的Al3+被Mg2+置換，造成晶層間產生永久性負電荷，此負電荷由處于層狀結構外部的K+、Na+等來平衡。

蒙脫石的組成為Ex（H2O）4{（Al2-x，Mgx）2［（Si，Al）4O10］（OH）2}。其中，E為層間可交換陽離子（Na+、K+等）；x為作為一價陽離子時單位化學式的層電荷數（0.2～0.6）。其理論化學成分為SiO266.72％，Al2O328.53％，H2O5％。蒙脫石為鱗片狀者（001）解理完全，柔軟、有滑感。

155.膨潤土如何提純？

膨潤土的提純方法一般分為物理提純方法和化學提純方法。物理提純方法即選礦提純方法，又分為手選、風選（干法提純）和水選（濕法提純）3種。

物理提純方法中手選法工藝詳如圖3-32。

根據膨潤土的原礦情況，軟質膨潤土無須破碎，硬質膨潤土則須利用顎式破碎機或雷蒙磨將其破碎至粒徑（）為2cm左右的碎塊；然后采用自然或加熱干燥去除水分（水含量≤12％～6％）；手選或用振動篩剔除≥2cm的大塊；最后利用雷蒙磨將細粒礦石粉碎（約74μm）。

風選（干法提純）是目前普遍使用的膨潤土提純方法，該法適用于蒙脫石含量高（蒙脫石含量大于80％）、粒度較細而脈石礦物石英、長石較粗的礦石。其工藝流程如圖3-33所示。

對于原礦中蒙脫石含量只在30％～80％的低品位膨潤土或所含長石、石英的粒度不是很大的膨潤土，要獲得更高純度的膨潤土或蒙脫石，往往采用濕法提純。濕法提純工藝如圖3-34所示。

156.什么是凹凸棒石？

凹凸棒石（又名坡縷石）是一種層鏈狀的含水鋁鎂硅酸鹽，其化學式為（Mg，Al）5（H2O）4［（Si，Al）4O10］（OH）2·4H2O，化學成分的理論值為：MgO 23.83％，SiO256.96％，H2O19.21％，常含有Ca、Al、Fe等離子的類質同象置換。

157.凹凸棒石有何用途？

凹凸棒石因具有良好的抗鹽性、耐堿性、熱穩定性而成為當前最好的特殊泥漿料，用于地熱、鹽類地層、石油及海洋鉆探。由于它具有良好的吸附、脫色、凈化、過濾性能，而廣泛應用于食品、釀造、醫藥、環保、國防、畜牧等方面。作為填料用于橡膠、塑料、紙張、而改善制品的強度、彈性及熱穩定性。作為黏結劑用于冶金球團、化妝品、型砂、去污粉及陶瓷業，還用作表面涂層稠化即、密封材料、催化劑載體等。

158.凹凸棒石如何制備？

凹凸棒石結構內部豐富的孔隙賦予其較強的吸附能力。天然凹凸棒石因產地不同，礦物組成、結晶程度、雜質含量不同，為提高其吸附能力，需進行提純及改性處理，用自然沉降法對凹凸棒石原土進行提純。凹凸棒石吸附劑的制備工藝如圖3-35所示。

將凹凸棒石原土放入水中，按質量比50:1加入分散劑六偏磷酸鈉，充分攪拌、浸泡24h；然后，將浸泡后的凹凸棒石懸浮液充分攪拌，靜置0.5h，用虹吸法吸取上層清液約10cm；再加水到同樣位置，重復以上沉降、靜置、吸取上層清液操作；將抽出的上層清液放入烘箱中烘干，研磨至粒徑小于0.074mm，得到提純的凹凸棒石。然后將凹凸棒石改性：稱取1g經提純的凹凸棒石，放入250mL錐形瓶中，加入改性劑，置于150r·min-1振蕩器上振蕩2h，然后在4000r·min-1離心機進行離心分離，棄去上層清液，再用蒸餾水洗滌并離心分離，將產物烘干并研磨至粒徑小于0.074mm，制得改性凹凸棒石吸附劑。

159.海泡石有何用途？

海泡石呈白、淺灰、褐紅等色，硬度2～2.15，密度2～2.3g/cm3，性軟，有滑膩感，具有吸附性、抗鹽性、陽離子交換性能等。

海泡石具有獨特的抗熱分散穩定性和很強的表面吸附能力，已被廣泛地應用在石油、化學工程、冶金、建材、輕工、紡織、食品加工、軍事、環保、農業、醫藥等部門。

160.什么是麥飯石？

麥飯石是一種普通硅酸鹽巖類。主要礦物有石英、斜長石、鉀長石及少量暗色礦物黑云母、角閃石、磁鐵礦，為一種淺成、超淺成的侵入巖或次火山巖。麥飯石的原巖多為石英斑巖、石英二長巖、石英閃長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖、花崗片麻巖等，經風化蝕變后，成為結構疏松的層狀、脈狀、透鏡狀體的麥飯石產出。其礦物成分和化學成分基本與未風化的原巖一致，只是麥飯石中多了一些高嶺土、絹云母、蒙脫石、綠簾石、綠泥石等蝕變礦物；化學成分中氧化物含量和微量元素、稀土元素含量比原巖要低些。但在巖石結構構造上麥飯石頗有特色，即具有孔隙發育的篩網狀結構。

161.麥飯石產品如何制備？

根據用途的不同，麥飯石產品的制備方法也不同。圖3-36為作為吸附劑使用的麥飯石顆粒的制備工藝。

麥飯石原樣經破碎、篩分，過180μm（80目）篩子，用2mol/L NaCl溶液處理12h，過濾清洗，在105℃烘干，過180μm（80目）篩，將麥飯石轉為Na型；麥飯石原樣用2mol/L CaCl2溶液處理12h，過濾清洗，在105℃烘干，過180μm（80目）篩，即可將麥飯石轉為Ca型。經實驗表明，麥飯石轉為Na、Ca型和高溫灼燒活化能夠提高麥飯石顆粒的吸附性能。

162.作為保鮮劑使用的麥飯石顆粒如何制備？

麥飯石也是冰箱除臭劑。作為保鮮劑使用的麥飯石顆粒的制備工藝如圖3-37所示。麥飯石石塊經清洗、烘干后，倒入粉碎機粉碎成不同粒度的麥飯石顆粒；然后經振動分級篩，分出不同粒度的麥飯石顆粒，經包裝、封袋、裝盒，得到麥飯石除臭劑產品。

用30～50g麥飯石細顆粒裝入紗布或其他容器內，放入冰箱中，冰箱中的不良氣味在很短時間內就會消失。用250g麥飯石顆粒裝入紗布袋或其他容器內，置于電冰箱中，能祛除冰箱中食物、蔬菜放出的異味，保持食物的新鮮不變味。每半個月把麥飯石從冰箱中取出清洗后，晾曬1～2天或經水煮或用酸處理后可連續使用2～3個月。麥飯石除臭效果比活性炭高1～2倍。

163.什么是硅藻土？

硅藻土的主要成分為非晶質的SiO2，此外，還含有Al2O3、Fe2O3、MgO及一定量的有機質。硅藻土的一般化學成分為：SiO250％～95.23％、Al2O30.53％～19.21％、Fe2O30.26％～8.05％、CaO0.2％～8.16％、MgO0.1％～2.3％、TiO20.04％～4.65％、燒失量為2.93％～26.5％。

根據礦石中硅藻、黏土、碎屑的相對含量可把硅藻土礦石分成四種類型，硅藻土、含黏土硅藻土、黏土質硅藻土、硅藻黏土。

164.硅藻土有何用途？

硅藻土具有多孔性、低密度、比表面積大、吸附性強、熔點高、隔熱吸音，并且還具有相對不可壓縮性和化學穩定性等特殊性質，被廣泛地用于冶金、化工建材、石油、食品等工業領域。

165.什么是沸石？

沸石是沸石族礦物的總稱，為一種含水的架狀結構鋁硅酸鹽礦物，其化學通式為AmBqO2q·nH2O，式中A=Ca、Na、K、Ba、Sr等陽離子，B=Al和Si，q為陽離子電價，m為陽離子數，n為水分子數。沸石的化學成分主要為SiO2、Al2O3、H2O及堿或堿土金屬，其中SiO2+Al2O3約占80％。

166.沸石有何用途？

沸石的基本結構為［（Si，Al）O4］四面體四個角頂共用聯結而成的架狀多孔晶體結構，其孔內有大量的金屬陽離子，如Na、Ca、Sr、Ba、K、Mg等陽離子，這些陽離子可以進行離子交換的離子源，是一種良好的離子交換介質；另外，沸石比表面積大，具有優良的吸附性能，是最早用于重金屬污染治理的環境礦物材料。同時，沸石在生產加工過程中不會產生污染，使用后再生容易，完全具有環境協調型材料的特點，因此沸石在環保、化工催化、輕工、農業和環境材料等領域越來越得到人們的重視。

167.八面沸石如何制備？

制備八面沸石的工藝流程見圖3-38。改性的條件比較嚴格，當反應中堿液濃度低時（<2mol/L），易生成P型沸石（鈣十字沸石型）；當反應中堿液濃度過高時（>4mol/L），則生成羥基方鈉石。因此，反應的堿液濃度、助劑和水的用量均需嚴格控制。