海泡石性质特性

1.1 海泡石

海泡石在自然界分布不广，属非金属矿，但因它独特的物理化学性质而被广泛地应用于生产生活中。世界上海泡石储量约5×107吨，其中我国已探明的储量在1000万吨以上，海泡石主要分布在湖南宁乡、湘潭、浏阳，河北唐山，江西乐平等地[17]。

海泡石属于富含镁纤维状矿物，可分为土状海泡石和块状海泡石。自然界中海泡石分布不是很广，常与长石、凹凸棒石、石英、高岭土、绿泥石、滑石、蒙脱石等伴生，与菱镁矿、方英石、沸石、白云石、方解石、卤化物、天青石等共生。西班牙、美国等国家的海泡石资源较丰富[18]，为了改进海泡石的物化性能，对海泡石进行了大量的试验研究，取得了很多具有重大意义的研究成果。

1.1.1 海泡石的化学成分

海泡石（Sepiolite）的结构化学式为Mg8Si12O30(OH)4(OH2)4·8H2O[19]，其中二氧化硅含量一般在54~60%之间，氧化镁含量多在21~25%范围内，并常有少数置换的阳离子。

1.1.2 海泡石的物理性质

海泡石一般情况下呈淡白或灰白色，属斜方晶系或单斜晶系。莫氏硬度2~2.5级[20]，密度1~2.2g/cm3，可塑性好，收缩率低，溶于盐酸。由于海泡石具有特殊结构，，因而具有很大的比表面积，理论上，外比表面积达350m2/g，内比表面积达500m2/g，所以海泡石有极强的吸附性和脱色性。海泡石耐高温性能可达1500~1700度，绝缘性能好，造型性能好。

1.1.3 海泡石的结构特性

图l.1 海泡石结构示意图

海泡石的结构如图1.1所示，属于链状结构，每六个硅氧四面体的顶角相反，因此形成2:1的层状结构，每个单元上下层相间排列的与化学键平行的孔隙，水分子和可交换的阳离子就位于其中。海泡石矿物的三维立体结构和Si-O-Si键把链拉在一起，使其成为延长的特殊晶形，故颗粒呈纤维状或棒状。海泡石含有大量的水，有三种存在状态：一种是进入通道的沸石水，可表示为H2O，另一种是羟基水，以-OH形式存在。第三种是受镁离子束缚的水分子（又称为结构水），表示为-OH2。这三种形式的水对海泡石性质有很大的影响[21]。

1.2 海泡石的性质

(1) 吸附性

海泡石由硅氧四面体和镁氧八面体相互连接成的三维立体结构，有贯穿整个结构发达的孔道和孔隙，，类似于沸石的结构。它的比表面积可高达900m2/g，因此具有很大的吸附性能。由于海泡石的表面含有大量的酸性和碱性中心，具有较强的极性，所以会先吸附极性较强的物质。这为某些物质的干燥和净化提供了新方法。近年对海泡石的吸附性能的研究表明，海泡石对有机染料、NH3[22]、SO2等有很好的吸附性。另外，海泡石对重金属离子如Cd (II)、Pb(II)等也有特殊吸附作用[23]。

(2) 流变性

天然海泡石呈纤维状，聚集成束状，在水或其它极性溶液时能迅速溶涨散开，形成的较小的纤维束或单体纤维，增大体积。形成了具有流变性能的稳定、高粘度的悬浮液。其流变性受剪切应力、浓度、pH值、时间、电解质及其它因素的影响。当海泡石散布于液体中时，单个纤维体既能自由运动，也能相互运动，可见它具有胶体的性能。

(3) 耐热性和耐磨擦性

海泡石摩擦材料制备原因主要有两方面的原因，首先海泡石具有良好的耐热性能，在高温条牛下其晶体仍能保持结构稳定；其次是因为海泡石具有极强的吸附能力和极大的比表面积[24]。

(4) 催化性

海泡石结构中含有大量的Si-OH基团，所以对有机物具有较强的亲和力，能与其直接作用，生成有机矿物衍生物，并且保留矿物原来的框架。研究发现海泡石可催化环己烯异构反应，但随着时间的延长，其活性则大大降低[25]。主要是由于天然海泡石表面的酸性很弱，上述反应条件对其结构有严重破坏作用。因此，科研人员很少将天然海泡石直接用作催化剂，一般常用化学或其它方法对其进行改性，将其修饰成适宜酸性、碱性条件。

1.3 海泡石的应用研究

表1.1 海泡石的用途分类

行业用途

医药净化剂、离子交换剂和发亮剂

石油精炼和油脂脱色剂、吸附剂和过滤剂

化工和酿造分子筛、酿酒和制糖

环保去污剂和吸附剂

制烟香烟滤嘴原料

轻纺、化工悬浮剂、催化剂和增稠剂

农业杀虫剂等的载体原料

国防科学火箭、卫星方面的特殊陶瓷部件

电焊条焊药配料

塑造发泡剂和脱色剂

特种用纸催化载体、吸附剂

海泡石的特殊结构形式决定了它的吸附性能、催化性能和流变性能[26]。正是由于上述基本特性，使海泡石广泛应用于化工、石油、冶金、轻工、建材、农业、环保等多个行业，其用途己达一百多种，成为地球上用途最广泛的矿物之一。海泡石的用途见表1.1。