蛭石膨胀机理及膨胀蛭石性质的研究1

蛭石膨胀机理及膨胀蛭石性质的研究
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学位论文作者签名：嘲邋超
导师签名：＿红＿
日期：谢年７月日
北京工商大学硕士学位论文
第一章绪论
１．１蛭石膨胀的研究和生产
蛭石（ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ）系指一组含水的云母而言，为含镁、铁质铝硅酸盐的次生变质 矿物，通常是黑（金）云母经热水溶液蚀变作用或风化而来。蛭石在焙烧脱水过程中具 有特殊的膨胀性能，膨胀率因水化程度不同，差异很大，体积膨胀２～２０倍以上。 该矿物最初是由Ｈ．韦布（Ｈ．Ｗｅｂｂ）于１８２４年在美国马萨诸塞州温塞司脱岩体附近 一个矿床中发现，１８６１年作为一种新矿物命名。因该矿物受热到１５０＂Ｃ时，即沿着与解 理面成直角的方向迅速膨胀，并呈挠曲状，英文名称ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ（来源于拉丁文 ｖｅｒｍｉｃｕｌａｒｅ）中带有“蠕虫状”、“虫迹形”的意思；中文称蛭石（像水蛭一样弯曲的矿
光泽、珍珠光泽、或油脂光泽。
蛭石是粘土的一种，其结构既可以是三八面体，也可以是－－－－Ａ面体，典型的蛭石是 ２：１层的３八面体层状构状硅酸盐１２］，由包含三个基本层的结构单元层组成。每个结构 单元层中上下两基本层均系硅氧四面体，彼此尖端相对，中间为硅氢氧镁铝层。由于单 元层中有ｌ／３～ｌ／２的ｓｉ４＋被～４＋和Ａ１３＋取代，有多余的负电荷，这将由结构单元 层间的阳离子来补偿。结构单元层间，除阳离子外，还存在大量的层间水，水分子成层
北京工商大学硕士学位论文
摘要
在工业上，蛭石作为一种矿产是指灼烧时能急剧膨胀层解的一组类云母矿 物，包括矿物学意义上的蛭石，及蛭石晶层与金云母、黑云母、绿泥石晶层等所 构成的间层矿物。文中论述了蛭石膨胀研究和生产的现状，以及膨胀蛭石在工农 业生产中的应用。
・在蛭石膨胀率的研究中，测定在不同温度和加热速率条件下蛭石的体积膨胀
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１．１．１蛭石的结构和性质
蛭石除具特殊的膨胀性能外，一般物理性质与云母相似，但在蛭石生成过程中，其 化学性质变化的同时，矿物的物理性质也发生了变化：常呈鳞片状、片状和单斜晶系的 假晶体，鳞片重叠，在一英寸厚度内可叠至一百万片。片状解理平行｛００１｝完全。颜色 为金黄色、黄褐色、褐绿色、暗绿色、黑色以及杂色等。条痕白色。 蛭石薄片柔软，硬度和抗压强度较低，硬度１～１．５，抗压强度一般不超过ｌ～１．５ｆｒｏｍ２； 晶体分裂成单独的小片、裂痕多、劈开性差；比重随水化作用增大而减小，一般不超过 ２．２～２．８，膨胀后约为０．９。熔点为１３２０～１３５０℃。蛭石的光性与原生的未受变质的云母 区别极小，一般折射指示极限为Ｎｇ＝１．５２５～１．５６１；Ｎｐ＝１．５４５～１．５８１。蛭石的含水性约 ７％左右，容重大约为１１００～１２００ｋｇ／ｍ３。其光泽由云母的玻璃光泽，变得暗淡，为土块
学位做储虢埤龃吼∥万年／月日
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ｈｅａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｉｃｒｏｃｏｓｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ａｒｅ ｄｅｔｅｅｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ
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ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ａｎｄ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ＰａＤｅｒ ｗｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆＮＨ３－Ｎ，ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ，ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｅｘｐａｎｓｉｏｎ
ｔｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉＯＩｌＳ．ｓｕｃｈ
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Ｎａ ｄｕｒｉｎｇ ｉｎｔｅｒｓｔｒａｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ
ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ａｓｐｅｃｔ ｏｆ ｅｘｐａｎｄｅｄ ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ ｉＳ ｒｅｖｅａｌｅｄ ａｎｄ ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｃ趾ｂｅ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｔｅｓｔｅｄ ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｉｔｓ ａｓｐｅｃｔ．
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ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｄｕｒｉｎｇ
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ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ
ｈｅａｔｉｎｇ ａｔ ｖａｒｉｏｕｓ
ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｉＳ
ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｐｒｉｍａｒｉｌｙ，ｗｈｉｃｈ
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ｍｉｎｅｒａｌｏｇｙ ａｎｄ ａ ｉｎｔｅｒｓｔｒａｔｉｆｉｅｄ ｍｉｎｅｒａｌ ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆｐｈｌｏｇｏｐｉｔｅ、ｂｉｏｔｉｔｅ、ｃｈｌｏｒｉｔｅ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ ｌａｙｅｒ．Ｔｈｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ
ａ ｅｖｅｎ ａ
ｏｆ ｆａｓｔ
ｈｅａｔｉｎｇ
ｒａｔｅ
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ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ ｂｅｃａｕｓｅ ｗｈｉｃｈ
ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｆｉｎｄ ｓｏｍｅ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｎｅｗ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｗｈｉｃｈ
ｍａｙ ｂｅ ａｂｌｅ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ ｖｏｌｕｍｅ ｅｘｐａｎｄｅｄ ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ． Ｉｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ．ｉｔ ｗａｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｈｅａｔｉｎｇ—ｕｐ ｗｉｔｈ ｉｎ—ｓｉｔｕ Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ＴＧ—ＤＳＣ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ Ｘ－ｒａｙ
ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｓｏｍｅ ｖｅｒｙ ｕｓｅｆｕｌ ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ ｐｏｗｄｅｒ ｗｉｔｈ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ
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Ｉｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｂｅ ｅｘｐｌａｉｎｅｄ
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ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
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ｅｘｐａｎｓｉｂｉｌｉｔｙ Ｃａｎ
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ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ ｗａｔｅｒ ｂｏｕｎｄ
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ｉｎｔｅｒｓｔｒａｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｎｅｒａｌ．Ｔｈｅｒｍａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ
率，试图得到影响蛭石膨胀的主要膨胀工艺参数，开发新型节能膨胀技术。研究 发现：加热速率影响热膨胀过程，快速加热有利于制备高膨胀率的蛭石粉体；新 疆尉犁蛭石的单片体积膨胀率和集合膨胀率均随着温度升高而增加，但是当温度 超过６００。Ｃ以后，体积膨胀率增加缓慢；单片体积膨胀率存在很大的离散性，说 明新疆尉犁蛭石不是单一的金云母一蛭石层间矿物，而是一系列具有不同水化程 度金云母组成的次生变质矿。 在蛭石膨胀机理的研究中，利用高温ｘ射线衍射和热重．差热分析技术，对 蛭石在加热过程中膨胀及相应的结构变化进行了研究。与ＸＲＤ谱图相联系，结 合蛭石的颜色与膨胀率进行统计分析，将蛭石矿物分为黄色蛭石、深黄色蛭石和 深绿色蛭石，发现在相同加热条件下其水化程度和膨胀率之间存在确定的关系， 同时又表现出不同的微观结构特征。在膨胀机理研究的基础上，进一步分析了不 同蛭石在不同温度下的膨胀率与结构变化的规律，得出了层间水含量和结构水含 量是影响蛭石体积膨胀率的两个重要因素，这为进一步研究高膨胀、高质量蛭石 提供了依据。 在蛭石热谱和扫描电镜的研究中发现，在引起蛭石膨胀的１５０，－－－３００。Ｃ温度区 间内，出现三个吸热峰，它们分别是由于和不同的阳离子结合的层间水的脱除引 起的。扫描电镜的研究则揭示了蛭石膨胀的外形状态。通过对这种外形状态的分 析也可以直观地验证蛭石的膨胀机理。 蛭石是一种具有优异的吸附、离子交换性能的硅铝酸盐矿物，在环境治理中 有广泛的应用前景。论文介绍了近年来国内外应用天然蛭石在废水处理中的试验 研究情况。综述了蛭石在去除水中氨氮、重金属元素、磷酸盐、有机污染物质等 方面的应用，并涉及蛭石的活化改性方法，以探求更好的处理效果． 关键词：蛭石，膨胀机理，膨胀率，性质
ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅｉｒ ｉｎｈｅｒｅｎｔ ｃｏｌｏｒｓ
ａｎｄ ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｒａｔｉｏｓ，ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ
ｉｓ
ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｌｙ ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ，ｙｅｌｌｏｗ，ｄｅｅｐ－ｙｅｌｌｏｗ
ａｎｄ
ｒｅｓｅａｒｃｈ
ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
ｏｎ
ｏｎ
ｅｘｐａｎｄｅｄ
ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ ａｎｄ ｉｔ’ｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ
ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ． Ｉｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ，ｉｔ ｗａｓ ｆｃｌｕｎｄ ｔｈａｔ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ
采用电加热膨胀炉生产膨胀蛭石热源对物?的加热方式为隐形保护加热即物?在炉芯管内自上而下流动电加热元件在炉芯管外加热热流方向与物?流动方向垂直温度分区设定且控制准确物?流经每一温区都能得到稳定均匀的加热因而得到较好的膨胀效果
北京工商大学 硕士学位论文 蛭石膨胀机理及膨胀蛭石性质的研究 姓名：胡光锁 申请学位级别：硕士 专业：环境工程 指导教师：李政一 20060601
ｂｅ ｎｅｇｌｉｇｉｂｌｅ．ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ
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ａｎｄ
ｖｅｒｙ
ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ｖｏｌｕｍｅ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｒａｔｉｏｓ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，
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