海泡石综述

2019-02-12  来自: 内乡伟诚矿业有限公司 浏览次数:699

1.引言

  随着污染的日益严重,人们以及政府的眼光开始聚焦在污染治理上。解铃 还须系铃人,我们既然是用大自然的物质造成了污染,那也应该用自然的物质去处理它,有句老话说道:一物降一物,因此诞生了环境矿物。另一方面看来,经济、 简便、有效地用于污染治理与环境修复的无机界矿物学方法类似于有机界生物学方法,均是自然界地球系统中天 然自净化作用的反映(鲁安怀,2000)。如今, 环境矿物越来越受到人们的重视,而海泡石就是一种典型、效果明显的环境矿物。      海泡石属正交(斜方)晶系的层状结构硅酸盐矿物,D62h-Pncn;晶胞参数为a0=1.34nm,b0=2.68nm,c0=0.528nm;化学成 分为Mg4Si6O15(OH)2·6H2O,由硅氧四面体和镁氧八面体组成。其中构成硅氧四面体基础的氧,组成了间隔约0.65nm的连续晶层,而顶角 氧却是交替地指向这种连续晶层的上下。指向同一方向的四面体相互连接成两个辉石型链,这两个辉石型链再连接成一个闪石型链,各四面体顶角所构成的晶层可以 靠羟基加以完善。这些晶层按八面体配位镁离子相互连接起来。

  海泡石粘土为土状块体,灰色或灰白色以及浅黄色。光泽暗淡,贝壳状断口,硬度2——2.5,比重轻,干 样粉末可漂浮于水面。海泡石是目前比表面积的天 然无机矿物质(何等,2006),以舌舔之具有强的吸着感,投入水中吸水甚速,并呈浆糊状,粘性极强。 海泡石粘土在偏光显微镜下呈泥状结构,经提纯的海泡石用油浸法测得平均折射率为1.508。正交偏光下为灰以及灰白干涉色。 从海泡石粘土原样的扫描电子显微镜二次电子图像照片可以看出海泡石呈纤维状或纤维状集合体,其纤维横断面仅0.1μm左右,纤维长度一般为1——2μm, 说明海泡石是一种理想的环境矿物。据目前国内外的资料统计, 海泡石的用途达多种130多种, 成为世界上用途 广的矿物原料之一。其世界 主要产地为土耳其的埃斯基谢希尔,中国著名产地有江西乐平、湖南浏阳等。  目前,从成因方面,海泡石有两种类型,即热液型纤维状海泡石和沉积型粘土状海泡石。但在化学成分上,两者有着较大差异。热液型纤维状海泡石MgO、

  SiO2含量高,Al2O3含量低,为富镁海泡石;沉积型粘土状海泡石MgO、SiO2含量 低,AlO3含量高,为富铝海泡石。而且,两种不同成因的海泡石结晶形态的差异与其化学组成密切相关;热液型海泡石Mg2+、Si4+高,Al3+低,接 近理想值,易结晶形成长纤维状;沉型积海泡石Mg2+, Si4+较低,A13+高,结晶颗粒细小,为粘土状,但在电镜下观察仍呈纤维状(宋等,1997)。

  2.吸附性

  海泡石具有的比表面积,就代表了其吸附性并不亚于蒙脱石、高岭石等粘土矿物,对重金属离子具有一 定 的物理吸附,其主要吸附形式为离子交换和表面络合吸附,因此在水中脱附比较困难。但海泡石不同于其他粘土矿物的区别在于,虽然这些粘土矿物都为层状结 构,而海泡石的特殊结构决定了它拥有包括贯穿整个结构的沸石水通道和孔洞以及大的表面积,其具有层硅氧四面体, 中间层为镁氧八面体, 沿轴方向有贯穿整个结构的沸石孔道和孔隙,有截面积为0.36nm×1.06nm 管状贯穿通道及高达900 m2/g 的理论表面积,海泡石的晶体结构具其孔隙体积占纤维体积的以上,,是一种十分空旷的多孔性矿物质(何等,2006),甚至在通道和孔洞中可以吸附大量的水 或极性物质,包括低极性物质,因此,海泡石具有很强的吸附能力。天 然状态的海泡石所吸附的水能够达到其本身重量的2-2.5倍。 由于其强烈的吸附性,工业上常用来处理工业废水,包括重金属废水、有机废水。其中有时会对海泡石进行改性处理:海泡石经改性后其网状孔径变大, 其表面更多的酸性经基暴露, 这些轻基和水分子可与重金属离子络合。同时,在吸附过程中, 重金属离子与改性海泡石中可交换的阳离子发生离子交换反应, 进一步的降低水体重金属离子的含量。不仅如此,海泡石可吸水至本身的2-2.5倍重量,因此可以作为调湿功能材料,来平衡调节一 定范围内的大气水的含量, 从而保持一 定的湿度。目前,制备的海泡石调湿功能材料可以到达: 大吸湿量可达0.7400 g/g,放湿量可达0.6886g/g(李等,2005)。如今,也有利用其吸附性,制做成催化剂载体,提高工业生产的生产效率。同时,我认为对于污 水处理,我们不应该单纯地利用其吸附性,还应该利用其是催化剂的载体,混合一些利用化学作用除污的物质,而加快污染物的处理速率以及增加其承受污染物的能 力。     另外,低浓度的重金属离子, 尤其大量排放物中的重金属离子无法用传统的化学沉降法、反渗透法、离子交换树脂法去除, 而且由于传统重金属治理方法存在治理费用高,我们应该利用吸附法来处理这些重金属离子。其中根据吸附能力的强弱以及经济情况,海泡石是当前 有利的选择。

  3.流变性

  触变性流体的定义为,如果维持恒定切变速率所需的切应力随剪切持续时间的增长而减少,这种流体称为触变 体,这种与时间有关的效应是由于流体内部无力或者化学结构发生变化而引起的。两种类型的海泡石都具有细长棒状纤维外形,并且聚集成束状体。当束状体在水或 其他的极性溶液中分散时,棒状纤维会迅速扩散,大量杂乱地交织在一起形成无规则的纤维网络,这种网络能够使溶液滞留,这就形成了高粘度并具有流变性的悬浮 液,这些悬浮液具有非牛顿流体特性,其中这种特性与海泡石的浓度、剪切应力、PH值等多方面的因素有关(范等,1999)。海泡石悬浮液的触变性和稳定性 随海泡石浓度的增大而提高,这一变化趋势与海泡石在水中产生的纤维网络交织现象有关。另外,加入少量羟乙基纤维素,使海泡石悬浮液的流变性及稳定性得到提 高,其中0.8%羟乙基纤维素和2%海泡石混合液的效果(余韵,2009)。  目前,根据海泡石良好的流变性,使其成为有价值的增稠剂、悬浮剂和触变剂,已经生产并广泛地用于化妆品、牙膏、肥皂、油漆、涂料等行业。

  4.催化性    海泡石内含有大量的外部Si-OH基团,对有机质具有很强的亲和力,能与有机反应剂的气态或液态直接作用,生成有机矿物衍生物,并能保留矿物的格架。另一方面, 海泡石具有很强的化学惰性,其在液体中很少受电解质或者溶液的影响,结构也不易破坏。同时,由于海泡石具有良好的机械和热稳定性、多孔性、强吸附性以及可 处理改善的大比表面,使之具备作催化剂载体的良好条件,海泡石的一些表面性质(表面弱酸性、镁离子易被其它离子取代等)使其本身也可用作某些反应的催化 剂,t同时,其也可作为催化剂的载体,使生产效率明显提高。  目前,其在催化性方面性能并不比其他催化剂强大,所以在海泡石催化性的应用研究很有限。目前对于海泡石的催化性或者催化剂载体的应用有:利用海泡石作为催 化剂可将乙醇转化为乙烯;在无碳复写纸中,可利用催化性充当显色剂;与钴的酸溶液、偏铝酸铵的水溶液和镁盐水溶液分别进行离子交换得到的海泡石催化剂与钠 交换沸石混合可广泛用于各种碳氢化合物的氢化反应(李丽,2004)。  自然中的海泡石的性能虽好,但是可以通过酸改性,使海泡石的性能更加强大。其中pH值是影响吸附作用的重要因素,PH值小于4的酸性条件下不利于吸 附,pH值≥4的弱酸性和中性条件下吸附效果好。而且改性海泡石对重金属离子pb2 、c 、c 的吸附主要是离子交换和表面络合吸附(蒋等,2010)。

  5.结语    在如今的实际应用中,海泡石的特性利用的 多的是其吸附性。在我们发展其吸附性的同时,也应该注意其他特性——流变性及催化性的开发与利用。如今,像海泡 石一样的环境矿物越来越受到人们的重视。污染的处理不只是化学方法,或者利用合成剂去吸附处理等,还有吸附法,但综合看来利用自然矿物是 合理、 经济、 有效的处理方法。

关键词: 海泡石           

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