凹凸棒石粘土吸附性能研究概况

凹凸棒石粘土吸附性能研究概况摘要概述了凹凸棒土的基本特性(吸附特性、流变学特性、可塑性等) 及其在采矿、建材、化肥、环保、农药、涂料等行业中的应用，并简述了凹凸棒石和改性凹凸棒石对不同物质的吸附规律。

关键词凹凸棒土、改性凹凸棒土、磷酸盐、铀、前景展望Summary on the Adsorption Performance of Attapulgite Clay Abstract：This paper summarized the basic characteristic of attapulgite (adsorption characteristic rheological properties plasticity, etc) and its application in many industies such as mining materials industry, chemical fertilizers, environmental protection, pesticides coatings.Besides, we sketched the adsorption rule of the attapulgite and modification of attapulgite for different substances.Key words：attapulgite, modified attapulgite clay , phosphate , uranium , prospect forecast contents1.Introduction2. Fundamental characteristics2.1 Composition and structure2.2 Absorption characteristics2.3 Plasticity2.4 Chemical characteristics3. Application and research status3.1 The application of the building materials industry3.2 The application of light industry3.3 The application of textile industry3.4 The application of washing agent4. Modification of attapulgite research4.1 Attapulgite pretreatment4.2 Acid modified4.3 Organic modified4.4 Other modification methods5 Attapulgite clay application in water treatment5.1T reatment of organic wastewater5.2 T reatment of wastewater containing heavy metals5.3 Special media processing6 Attapulgite clay adsorption6.1 Attapulgite clay adsorbent in addition to phosphate6.2 Attapulgite clay in addition to uranium research7 Conclusion1.引言凹凸棒粘土是指以凹凸棒土为主要矿物成份的一种天然非金属粘土矿物，在矿物学上隶属于海泡石族，它是一种晶质的水合镁铝硅酸盐矿物呈土状、致密块状，产于沉积岩和风化壳中，颜色为白色、灰白色、青灰色、灰绿色或弱丝绢光泽，土质细腻，有油脂滑感，质轻、性脆，吸水性强，湿时具粘性和可塑性。

由于其具有特殊的物化工艺性能如胶体性、吸附性和粘结性等，被广泛应用于各工农业领域。

凹凸棒石粘土具有较强的吸附脱色能力和良好的吸附容量，在废水处理和废气处理中具有很大的应用潜力。

在我国，凹凸棒石粘土具有资源丰富，价格低廉的特点，因此研究凹凸棒石粘土的性质，开发利用高附加值的凹凸棒石粘土很有必要。

含磷废水的大量排放引起水体富营养化，破坏了水体生态的平衡，使水质恶化，严重危害到自然界的动、植物的生长和人类饮用水的水质，所以凹凸棒石粘土在水处理应用中的实用性得以发挥。

由于凹凸棒粘土特殊的结构特征和吸附性能，使其有可能应用于含放射性元素的废料、废水和废气的处理，可对放射性元素进行永久性吸附。

本文简单介绍了凹凸棒石的组成和一些特性，并初步研究了经过一定处理的凹凸棒石对不同物质的吸附性能。

2 基本特性2.1组成及结构凹凸棒土原土中含有70 %～80 %的凹凸棒土，10 %～15 %的蒙脱土和海泡石，4 %～8 %的石英，1 %～5 %的方解石或者白云石，在加工的过程中非粘土成分被除去。

因此，最终的的产品中含有85 %～90 %的凹凸棒土。

1940年Bradley[1]首先阐明了凹凸棒土的结构：他认为凹凸棒土的典型化学式为Si8Mg5O20 (OH) 2(OH2 ) 4·4H2O，据国外矿物分析，凹凸棒土的化学成分质量分数为:SiO2 53.61 % ，Al2O39.29% ，Fe2O33.1% ，TiO2 0.39 % ，MgO 13. 20 % ，CaO 0. 2 % ，Na2O0.04 % ，K2O 0. 25 % ，H2O 19. 8 %。

它是一种具有纤维状或链状结构的水合镁铝硅酸盐，其结构可分为3 层。

上下两层是硅氧四面体结构，中间是一层Mg- O - 八面体。

由于结构中存在晶格置换，故晶体中含有不定量的Na +、Ca2 +、Fe3 +、Al3 +。

2.2 吸附特性凹凸棒土的吸附性取决于它较大的表面积和表面物理化学结构及离子状态，其吸附作用包括物理吸附及化学吸附。

物理吸附的实质是通过范得华力将吸附质分子吸附在凹凸棒土的内外表面。

凹凸棒土的化学吸附作用是其吸附作用的重要体现。

其吸附是基于凹凸棒土的表面可能存在的几种吸附中心[2]：(1) 硅氧四面体层内因类质同晶置换产生的弱电子供给氧原子，它们与吸附核的作用很弱。

(2) 在纤维边缘与金属阳离子(Mg2 +)配位结合的负水分子(OH2-) ，它可以与吸附核形成氢键。

(3) 在四面体层外表面上由Si - O - Si 桥氧键断裂形成的Si - OH 基不仅可以接受离子，而且可以与晶体外表面的吸附分子相互结合；可以与某些有机试剂形成共价键。

(4) 晶体化学成分的非等价类质同晶置换(Al3 +或Fe3 +对Mg2 +)及加热造成的配位水(H2O-，OH- ) 失去而产生的电荷不平衡形成的电性吸附中心。

凹凸棒土的吸附性决定了它在工业上可作为除臭剂、净化剂、吸附剂、载体、助滤剂。

凹凸棒原土具有很高的吸附性，可以吸附自重100 %的水。

2.3 可塑性粘土的可塑性与它的吸水性有密切的关系。

人们详细研究了凹凸棒土及其他粘土的可塑性及吸水性。

当水的质量分数达到其自重的100 %时，凹凸棒土达到其塑性极限。

因此可以说其塑性指数范围是1～100。

然而，由于组成的变化，塑性指数通常在57～123 之间变化。

一般来说，除了蒙脱土以外，凹凸棒土的吸水性及可塑性高于其他粘土。

2.4 化学特性凹凸棒土的一个最有价值的特点是它的化学惰性。

凹凸棒土胶体悬浮液受盐的影响很小。

例如:在100 ml 水中含有50 g 凹凸棒土的胶体悬浮液，当其中的盐达到饱和浓度时(NaCl 质量分数为35 %) ，其粘度丝毫不受影响，然而，若其中的凹凸棒土的含量较低时，粘度会略有下降。

悬浮液于电介质中不絮凝沉淀，其他的电解质如氨水、氢氧化钠、氯化钾、无机的磷酸盐对凹凸棒土的影响很小；因此，凹凸棒土被广泛的用于液体肥料、乳胶涂料、钻井泥浆和其他需要用到高浓度的电解质的体系中作为增稠剂和稳定剂。

少数情况下，低质量分数( < 1 %) 的分散剂能降低水基涂料(凹凸土为增稠剂) 的粘度。

在浓度低于0. 001 molPL 的草酸钠、硅酸钠、柠檬酸钠、或者碳酸钠、碳酸锂的存在下，含有质量分数0. 5 %的凹凸棒土的悬浮液可以作为抗絮凝剂[3]。

常见的盐酸、磷酸、草酸、硝酸和醋酸对凹凸棒土影响不大。

高浓度的酸常用作凹凸棒土的漂白剂。

加入盐酸还可以提高其吸附性。

3应用研究现状凹凸棒粘土具有独特的分散、耐温、耐盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附脱色能力，具有一定的可塑性和粘结力，使其在各行各业得到广泛应用。

3.1 建材行业的应用白云石凹凸棒石粘土作为涂料的填充剂、流平剂、增稠剂和稳定剂，其性能好，成本低，可代替传统的轻钙。

凹凸棒石涂料的涂膜在电镜里观察，其晶体呈网状排列，均匀地分布在有机粘结剂中，所以涂膜耐洗擦。

尤其是凹土在外力搅拌下分散性好，形成稳定的不被电解质破坏的悬浮液，使涂料不沉淀、不分层，与传统的106涂料相比较，具有多种优越性：涂刷性能好，不流挂，节约钛白粉的用量，还可作油漆的填料，墙板材料的填料，生产天花板墙壁板，其特点是：对水份接受、排放性能强，不膨胀不变形，粘结性能好，质轻韧性大，具有隔热保暖、吸声的作用，可防虫蛀，抗垂度强，能适应空气温度的变化，且不变形。

3.2 轻工业方面的应用揉革，用凹土代替苏打揉革，可节约20－30%贵重红矾的用量，降低成本。

揉制时间从6.2小时减少到4.2小时，揉出的革外观好，弹性强，丰富、柔软；也可作橡胶的填料，皮鞋底的填料，来增加除臭透气能力，用凹土作为香型塑料花，释放慢，保香时间长，成本低，柔软不易破裂，造型美观逼真。

在造纸行业可作纸张加填和涂布颜料，主要用于凹版印刷，并可用于胶印、颜料、涂布纸和涂布纸板，目前造纸业正从酸式造纸向碱性造纸转化，随着中性施胶技术的推广，特别是涂布纸和纸板产量的增长，需求较大。

3.3 纺织业方面的应用作为染料的悬浮剂填料，具有不掉色，着色力强，耐擦洗，色彩鲜艳，生产成本低等优点，还可作纺织行业的涂布刮浆。

作印花糊料，在纺织印染行业中，活性染料常用的印花糊料为海藻酸钠。

由于海藻酸钠粘度大，质量不稳定，应用中常出现沾网、拖带和错位而影响产品质量，凹土糊料可使印制产品得色深、色牢度强、质量优、并可显著降低印染成本。

3.4 洗涤助剂方面的应用替代合成洗衣粉及洗发精中的主要助洗剂三聚磷酸钠（STPP）。

我国是人口大国，洗涤剂的年需要量在百万吨以上，其中助洗剂需求在30万吨以上。

目前，助洗剂主要为三聚磷酸钠。

由于三聚磷酸钠对环境的危害极大，西方国家已禁止使用，我国目前已在逐步限制其用量，而凹土具有较深的熬合钙、镁离子能力，是比较理想的洗涤助剂，加上其较低的价格，是三聚磷酸钠理想的替代产品。