蛭石的综合利用研究进展

蛭石的综合利用讨论进展
世界蛭石产地重要在美国、南非、中国和俄罗斯，其中美国三分
之二产于蒙大拿州利比蛭石矿，南非产地是德兰士瓦省东北部帕拉博拉
蛭石矿。

我国蛭石活着界上具有肯定地位，目前按产量计居世界第三位，已经发觉蛭石矿床、矿点100余处，重要矿山分布在北方，如新疆、内蒙、河南、陕西、山西、河北和山东等省区，新疆尉犁且干布拉克矿床
是我国目前发觉的最大的蛭石矿床，估量储量居世界第二。

我国蛭石年
产量已达到10万t，占世界总产量12.5%，国内消费6万t，出口4万
t。

天然蛭石以其储量丰富、价格低廉、吸附容量大，对环境无毒无害
且简单再生等优点，在污水处理方面有着广阔的应用前景。

一、蛭石的基本情况蛭石是一种天然、无毒的粘土矿物，由云母
风化或蚀变而形成。

蛭石是典型的2:1型层状硅酸盐粘土矿物，结构单
元由四周体片、八面体片及层间域构成，层间存在大量的阳离子和水分子。

蛭石的一般物理性质与云母相像，常呈鳞片状、片状或单斜晶系
的假晶体。

鳞片重叠，解理完整。

蛭石为褐黄色至褐色，有时带绿色色调。

为土状光泽、珍珠光泽或油脂光泽，不透亮。

蛭石在500～800℃温度下焙烧0.5～1min，体积快速膨胀，体积膨胀6～10倍，线性膨胀
8～12倍，通常称之为膨胀蛭石。

蛭石具有较好的阳离子交换性能、吸附性、高温膨胀性，故广泛
应用于农业、环保、建材、畜牧业等领域。

二、蛭石的应用现状1、蛭石在园艺及农业中的应用
在园艺上，膨胀蛭石高度的保水本领和片状结构，使土壤通气良好，保持土壤良好的潮湿情形，成为种子发芽的理想介质，促进发芽速
度和提高发芽率。

蛭石的阳离子交换本领强，在分子结构中可以保持养
分然后缓慢释放到生长介质中，故作为无土培养的垫层及蔬菜、水果、
花卉、家养植物生长的分别隔层很有用；在花圃的土壤中可因其密度使
得渗透性强和保水性好，可为植物合理提奉养分，对土壤的调整作用加
强，改善水的滞留和通风，易掌控土壤中有益元素的汲取和释放，并可
防止土壤pH值的急剧变化，在肥料用量过多时对植物也不会产生危害。

在农业中，蛭石依靠其良好的阳离子交换性和吸附性，在农牧业
重要用作土壤改良剂，可改善土壤结构，储水保墒，改善土壤透气性和
含水性等，还可向植物供给自身含有的K、Ca、Mg、Fe、Si以及微量Mn、Cu、Zn等元素。

2、蛭石在建筑业的应用
膨胀蛭石导热系数和密度大大减小，具有良好的隔音、隔热、绝缘、阻燃性能，同时，蛭石化学性质稳定，有抗菌功能，可用于建筑物
外墙、夹墙、楼板、平顶、屋面，地坪等不燃绝热保温材料，也可作为
松散的充填材料。

目前蛭石产品的应用已从传统的保温材料向防火、装饰、房间隔
断等多功能材料进展，蛭石可以生产以下建筑产品和制品。

（1）发泡蛭石
从实践使用表明：它是有效的热绝缘（保温）材料，它可以作为
建筑物外墙、屋顶、地坪的不燃绝缘（保温）材料。

它具有流动性，可
以填充任何形状凹空。

这种材料密度仅100～200kg/m3。

发泡蛭石具有
良好的吸附性能，能很好的吸附气体和有机物，可以用于净化气体和废水。

（2）防火蛭石板、蛭石防火装饰板
蛭石防火装饰板可用于剧院、宾馆、商场等建筑物的装饰，既华
丽又防火。

这种产品是以膨胀蛭石为重要原材料，加入添加剂、防水剂
和特制的粘结剂，加压成型而成。

（3）蛭石混凝土
为了提高各种建筑物的热绝缘（保温）性能，也可以采纳蛭石混
凝土，这种混凝土采纳发泡蛭石作为细填料。

用蛭石混凝土可以生产建
筑物墙体材料。

这种墙体材料不仅重量轻，而且隔热（保温）、隔音性
能好，在现代高层建筑中用途很广。

蛭石混凝土可以制成不同密度，如
陶粒模石混凝土密度为900kg/m3，通过调整陶粒、蛭石、水泥的配比，
可以制得密度更低、隔热（保温）隔音性能更好的陶粒蛭石混凝土。

在
陶粒蛭石混凝土或蛭石混凝土中也可以加入砾石。

密度为400～
500kg/m3的蛭石混凝土在多层民用建筑中可以用于外墙堵缝和粉饰，而
蛭石混凝土制备和使用与一般混凝土一样。

采纳蛭石混凝土作为外墙堵
缝和粉饰可以降低材料消耗（它的密度仅为一般混凝土的1/3），节省
劳动力，还可以改善外墙隔热（保温）性能。

3、蛭石在废水处理中的应用
目前在水处理中蛭石的应用讨论重要集中在去除氨氮、重金属离子、磷酸盐、有机污染物几个方面。

蛭石用来去除废水中的污染物，具
有价廉、吸附本领强、储量丰富及可再生等优点。

因其本身具有絮凝性,蛭石可被加工成粒状、片状及粉末状等，应用特别便利。

去除水中氨氮聂发辉等讨论了人工湿地中蛭石填料净化污水中氨
氮的本领。

结果表明，蛭石的饱和吸附容量超过现在使用广泛的沸石。

蛭石的阳离子交换具有反应速度快了，且可以在5h内达到平衡，符合
阳离子交换规律.蛭石在pH值为2.0～6.0时吸附容量随pH值增大而增大，在温度为10～35℃时，吸附容量随着温度上升而减小，随蛭石用量
加添氨氮去除率提高。

蛭石是可以反复再使用的，其再生后的吸附容量
比蛭石的吸附容量要大。

（2）去除重金属离子
李晖、谭光群等讨论了蛭石对汞的吸附性能。

结果表明：蛭石对
汞具有较强的吸附作用，吸附速度快，20min后基本达到吸附平衡。

pH
值是影响吸附的重要因素，pH值较小的酸性环境不利于吸附，pH值较
高的中性至碱性条件吸附效果好。

国外学者讨论了蛭石对水中重金属离子的吸附作用。

结果表明：
蛭石对不同离子的最佳吸附条件是不同的，达到最大吸附时Pb2+、Ni2+、
Cu2+、Co2+所需的时间分别是12，24，48，71h，对Pb2+、Ni2+、Cu2+、Co2+的饱和吸附分别为0.59、0.76、0.84、0.93mmol/g，吸附等温线符合Langmuir吸附等温式。

（3）去除水中磷酸盐
邓雁希等讨论了蛭石去除废水中磷酸盐。

结果表明：未经处理的
蛭石对磷的去除效果很差，但是加热到700℃活化后的膨胀蛭石对磷有
较好的去除效果。

在蛭石用量为0.5g/l00mL，模拟磷废水浓度为
10mg/L、pH值为7.50～7.60时，在很短的时间内就可使残留液浓度降
到0.5mg/L以下，去除率可达99%以上。

因此，蛭石可用于废水除磷。

4、蛭石在其它行业的应用
蛭石作为填料加入摩擦材料，可起着加强剂和稳定剂的作用。

用
蛭石作香料油载体而制作的香料具有散香时间长的特点。

蛭石有机化后
可用来制备聚合物基纳米复合材料，此类材料具有较高的强度、弹性模量、韧性、隔绝性能、质轻、良好的热稳定性和尺寸稳定性等特点。

随
着蛭石新产品的开发，在建筑、电力、石油、化工、冶金、轻工、机械、造船等行业中也受到广泛重视。

综上所述，蛭石是一种很好的膨胀材料，具有良好的隔音、隔热、绝缘、化学稳定等性能，因此作为质轻、保温、隔热、隔音、防火等材料，广泛的应用于建筑等行业；另外，蛭石良好的阳离子交换性和吸附性，在农业、环保等方面用于改良土壤、废料杀虫剂、污水处理。

三、蛭石的改性讨论现状为了改进蛭石的物化性能和取得性能良
好的催化剂，人们便采纳各种不同的方法对蛭石进行改性，目前常用的
处理方法有下面3种。

1、酸处理
酸活化蛭石的机理为：用酸浸泡后，蛭石晶片分裂，呈现出多孔
特征；颗粒通道中的杂质被溶出，孔道疏通，从而有利于吸附质分子的
扩散，吸附本领得以提高。

酸处理的实在做法为：把蛭石样品磨细至粒
度﹤150um，加入1mol/L的HCl（5g粘土/100ml溶液）加热至83℃，
恒温搅拌2h后进行冲洗，在60℃条件下烘干后得到酸处理蛭石。

蛭石酸处理后显示出更强的表面活性；另外，酸可以在蛭石表面
腐蚀出一些细小的凹坑，从而增大了蛭石的比表面积，使得其表面电性
加强以及吸附面积的增大，促使吸附本领加强。

2、热处理
蛭石煅烧时急剧膨胀，瞬时温差越大，膨胀倍数也越大，从而可
以制备膨胀蛭石。

目前，一专家学者讨论认为，蛭石的膨胀重要是由于
在急剧加热蛭石片时，它四周的边缘要比解理面的中心先被加热；层间
的水分从边缘上比从中心排出得更快，水分沿蛭石片周边封闭了层间空间，在其中造成了能有效地使之膨胀的高的蒸气压力。

加热速度愈快，
蛭石片边缘和中心上的温度梯度愈大，水分封闭周边也发生得愈早，层
间水分参加膨胀过程就愈有效，因而膨胀程度也就愈高。

还一讨论者认
为它还和一些蛭石中存在的残留云母组分有关，其原因是由于结构OH
基失去并转化为水，结构局部破坏而引起的。

魏晓利等试验得出：不同类型的工业蛭石在加热处理过程中结构
的变化具有大同小异的特点，在300℃以下的结构变化是由于蛭石晶层
失去层间水引起的。

蛭石晶层层间水的失去是一个不统一的过程，晶层
先失去一个或两个水分子，到300℃时，蛭石晶层层间水全部失去。

900℃处理后，各种类型工业蛭石结构均严重破坏，显现玻璃相，并伴有新相
显现，其结构已完全破坏。

由此说明，在生产膨胀蛭石时膨化温度不能
高于900℃。

蛭石的膨胀度和强度是衡量膨胀蛭石质量优劣的重要依据，其影
响因素包括矿物的内在因素、人为因素等，而且它们之间还相互影响。

依据资料统计表明，Mg的含量对蛭石的膨胀倍数影响较明显，Mg含量
高的蛭石，受热膨胀倍数亦高；Mg含量低，则受热膨胀倍数也较小。

另
外依据A.Justo等的讨论表明，Fe和Ti的含量对膨胀倍数有较大影响。

Fe和Ti的含量高的，膨胀倍数较小。

同时试验表明，蛭石瞬间受热急
剧膨胀的最佳时限为60s左右，时间太短，蛭石得不到充分地膨胀，产
品的容量大；时间太长，一方面挥霍了能源，另一方面也简单引起过烧。

过烧后降低了产品的强度，影响产品的质量。

煅烧温度随矿石的不同产地、不同规格而相应变化，当蛭石片径大时，煅烧温度相对要高，反之
则低。

所以应分级分别加工，才能使煅烧效果更好。

3、蛭石的有机改性
蛭石的有机改性是利用蛭石层间域内水分子和阳离子具有可交换
的特性，有机阳离子通过离子交换进入层间域内，并形成有机插层蛭石。

天然蛭石由于类质同相置换在层间存在着Na+、Ca2+、Mg2+等无机阳离
子和水分子，这些无机阳离子可以相互交换，也可以被有机阳离子交换。

有机阳离子具有疏水作用，因此，有机阳离子与蛭石层间的无机阳离子
发生交换所形成的有机蛭石具有疏水——亲油性。

目前，蛭石的有机改性重要是通过阳离子交换法实现的。

通过阳
离子交换，用有机阳离子去中和蛭石结构层的剩余负电荷，并降低硅酸
盐片层的表面能，进而加添蛭石与有机物之间的亲和性。

依据阳离子种
类的不同目前重要有胺盐改性、有机大分子改性两大类。

吴平霄等讨论了十六烷基三甲基溴化铵在蛭石层间的排列方式，
讨论表明，有机阳离子在蛭石，蒙脱石层间排列方式不一样，在前者，
重要实行平铺方式，而后者重要实行近乎挺立方式。

并且，有机蛭石的
d001值与HDTMA在层间的含量多少有关。

朱建喜等用溴代十六烷基吡啶、磷酸三丁酯对未膨胀蛭石和膨胀
蛭石进行改性处理，并讨论了层间水分子对这两种有机分子进入蛭石层
间难易的影响，结果发觉，层间水分子的含量能够对有机分子进入蛭石
层间产生影响，但对具有较强离子交换本领的有机分子进入层间的影响
不大；此外层间水分子对有机分子的作用遵从异极性排斥的原则。

我国的蛭石资源较为丰富，但在应用上还比较单一，重要由于蛭
石粒度大、层电荷高，有机化困难，导致有机蛭石的讨论还比较薄弱，
且产品品种少、加工处理方法简单。

解决以上问题的关键在科研，目前
蛭石企业多以粗加工产品为主，售价低，效益欠佳，多无力投资进行蛭
石新产品、新用途讨论，致使蛭石还未达到广泛应用的程度。

国家和地方应加大投入，组织科技气力进行讨论，扩大产品品种，开发廉价、简便的膨胀蛭石生产工艺和设备，扩大蛭石的应用领域，侧重开发细粒蛭石的应用讨论，以科技进步带动蛭石加工业的进展。

近年来，世界一些经济发达国家对蛭石的需求量逐年加添。

据推想，世界蛭石需求量将以每年5%的速度递增，可见蛭石的开发具有相当的潜力。

同时，如前所述，蛭石可广泛地应用于建筑、冶金、化工等行业，且成本低，某些材料的研制工艺也比较简单，性能优越。

因此，蛭石的开发前景极其广阔。