浅析膨润土矿的应用

朱学忠 李彬 单洪仁

辽宁省有色地质局勘察研究院

宽甸国沣矿产勘查开发有限责任公司

        【摘 要】随着工农业的发展，膨润土在各个领域的应用日趋广泛，包括、冶金铸造砂、石油、钻井泥浆、化工、铁矿球团、食品、环保及动物和家禽饲料添加剂等。辽宁是一个膨润土资源比较丰富的地区，近几年在辽宁西部地区发现多处大中型膨润土矿床，丰富的膨润土资源将为新材料的加工应用发挥更大的作用。

膨润土的应用很多学者已经做了研究并通过实验使得膨润土在更多新领域得到开发利用。由于膨润土具有许多优异的性能，目前膨润土在水环境污染治理、土壤环境污染治理等环境保护方面得到广泛的应用，在医药、临床等医疗方面也得到应用。并且膨润土经过加工、提纯可以做洗涤剂添加剂、动物饲料添加剂、干燥剂以及建筑涂料等，膨润土的应用日益广泛。

        1、膨润土在水环境污染治理方面的应用

       （1）重金属废水的处理。含铬废水处理，钙基膨润土经低温灼烧（低于300℃）、硫酸酸化和添加剂改性处理后，有较强的吸附性能，可用于含铬废水处理^[1]。吸附后的膨润土0.1mol/L的盐酸溶液淋洗可得到再生，改性处理后仍可反复使用。以钠基膨润土为原料，制备铝钛无机柱撑、铝钛有机柱撑系列改性膨润土处理含铬废水^[2]，结果表明，有机柱撑改性膨润土、无机柱撑改性膨润土对处理含铬废水效果明显好于钙基膨润土。

改性膨润土处理含Hg²⁺废水，经研究改性膨润土在不同条件下处理含Hg²⁺废水的能力，在温度为25℃、pH值为8~9、吸附时间为60min的条件下，用40％的AlCl₃溶液改性过的膨润土可将含Hg²⁺废水（初始浓度为1.46mg/L）处理到Hg²⁺剩余浓度为0.0351mg/L，达到国家规定的排放标准。

溶液中Pb²⁺的去除，将天然膨润土提纯在150℃~200℃下干燥，用于对各种溶液中Pb²⁺的去除^[3]。研究了溶液的浓度、吸附剂用量、温度、电解质浓度和pH值等条件对吸附量的影响。在最佳条件下，膨润土对水、硝酸盐、盐酸、高铝酸这4种溶液中的Pb²⁺去除率分别为98％、78％、86％、79％。

        处理含Cu²⁺废水，用硫酸对天然膨润土进行活化改性制得酸改性膨润土，研究了该土处理含Cu²⁺废水的适当条件。结果表明：Cu²⁺初始浓度为13.6mg/L时，用土量为8g/L、pH=7、振速150~160r/min、吸附时间30min，酸改性膨润土对Cu²⁺去除率可达99.9％。处理后Cu²⁺残留浓度低于国家规定的一级排放标准。将膨润士制成珠粒状^[4]，这种珠粒具有多孔表面，其比表面积达200m²/g，可在pH为4.5~6.9的范围内去除水溶液中的Cd²⁺、Cu²⁺，吸附量分别为23.81mg/g 和13.15mg/g。

        （2）造纸废水的处理。采用膨润土为原料，制备出的混凝剂对麦草浆造纸黑液的色度去除率可达90％以上，对COD的去除率可达到70％以上^[5]。产品经应用于碱法麦草浆黑液废水絮凝，获得了良好效果。其生产工艺简单合理，可操作性强。

        以钠基膨润土为原料，合成了镍锆—无机柱撑、镍锆—有机柱撑系列改性膨润土，比较了不同膨润土对造纸废水的处理效果，并确定了各改性膨润土处理废水前投加量、pH值、搅拌时间等因素最佳条件^[6]。结果表明、有机柱撑改性膨润土对造纸废水的处理效果最好，当搅拌时间为20min，pH为12，改性土用量为0.8g/L时，其COD的去除率可达到77.896％，同时色度、浊度去除率分别为91％和97.1％。

        （3）印染废水的处理。制备一种TiO₂-Ag-改性膨润土复合催化剂^[7]，用该催化剂对直接黑L-N和直接铜蓝BR染料废水进行了光催化氧化处理，取得了较好的实验效果。

        用HDTMA-膨润土处理极性化合物甲基蓝、苯甲酸、水杨酸的废水，取得良好的效果。

        采用聚二甲基二烯丙基氯化铵均聚物（PD-MDAAC）对膨润土进行改性，制得阳离子膨润土，研究其电动特性及对染料废水的脱色效果。结果表明，与膨润土相比，阳离子膨润土的表面电性发生了变化、处理染料废水的效果明显提高，而且在强酸性和强碱性条件下对染料废水的脱色效果最好。

        用膨润土—絮凝—内电解工艺对美尔雅集团印染废水进行了处理，色度去除率高达99.5％，COD去除率高达98.2％，达到国家印染废水一级排放标准，且实现了以废治废，运行成本较低的要求。

        （4）石油废水的处理。用碳酸钠（Na₂CO₃）和溴化十六烷基三甲铵（CTMAB）对膨润土进行改性，处理石油废水效果非常好^[8]。而且，有机改性膨润土吸附石油废水中的油效果比钠化改性膨润土和提纯土好，其饱和吸附容量也远高于提纯土，对于浓度221mg/L的含油废水，有机膨润土用量为5.0g/L，油的去除率可达97％。采用溴化十六烷基三甲铵（CTMAB）制成单阳离子改性膨润土和双阳离子改性膨润土，对石油废水中聚丙烯酰胺（PAM）的去除效果极佳。7％单阳离子改性膨润土对PAM的去除率可达90％以上，双阳离子改性膨润土对PAM的饱和吸附容量随长碳链表面活性剂CTMAB的增加而增加。

    （5）农药废水的处理。酸化和煅烧改性的膨润土对乐果废水的吸附过滤作用明显^[9]，较大地提高了膨润土对乐果的吸附能力。用2mol/L的硫酸酸化，经300℃煅烧处理后所得的膨润土对乐果的吸附量可达20.4mg/g。对浓度为60mg/L的乐果废水，当吸附剂的用量为17g/L时，乐果的去除率可达85％。用十八烷基二甲铵盐改性膨润土去除杀虫剂、五氯苯酚效果明显，对五氯苯酚的吸附容量可达12mol/l00g。

    （6）赤潮的治理。由于大量陆源污染物向海洋超标排放，使入海口、内海等水域富营养化，导致某些浮游生物大量繁殖形成赤潮，导致水体缺氧，危及海洋生物。据统计2002年我国海域共发生赤潮79次，给海洋渔业资源和沿海养殖业造成重大损失。

赤潮是一种全球性的海洋生态灾害，用粘土矿物去除赤潮生物是目前国内外治理赤潮的常用方法。用粘土矿物去除赤潮生物，具有对环境无污染、对其他生物无毒害、成本低廉、来源丰富、使用方便等优点，故引起国际上的普遍重视。赤潮生物主要是中肋骨条藻，去除效果最佳的是溴化十六烷基三甲铵改性的铁柱撑膨润土，其次是溴化四甲基胺改性的铁柱撑膨润土^[10]。

　    2、膨润土在土壤环境污染治理方面的应用

　　（1）重金属的去除。通过等温吸附试验^[11]，钙基膨润土及钠化改性膨润土对Cd²⁺的吸附性与土壤对Cd²⁺的吸附进行了对比试验表明，钠化改性膨润土对Cd²⁺有很好的吸附作用，可用于重金属污染土壤的治理，为利用钠化改性膨润土原位修复重金属Cd²⁺污染土壤提供了理论基础。

通过调查与盆栽试验，对腐殖酸、膨润土、石灰对污染土壤中Hg活性的影响及其在蔬菜中的积累效应研究。分析表明，配合施用腐殖酸、膨润土、石灰修复受Hg污染的土壤，既可保证作物不减产，又能大幅度降低蔬菜可食部分重金属的含量。石灰、膨润土按1∶10配施于污染黄壤上，可使莴笋生物量增产22.8％，同时其可食部分Hg含量降低达25.0％～27.096％；紫色土上蔬菜中Hg含量降低了14％～34％。按1∶5∶5 配施腐殖酸、膨润土和石灰，仍可保持蔬菜产量不减，同时，莴笋中Hg含量在紫色土和黄壤上分别降低21％～28％和31％～38％。

        （2）土壤的改良剂。通过对膨润土的研究，发现由于膨润土具有良好的粘结性、分散性、吸附性、离子交换等性能和自身含有多种植物所需的营养元素，对改良土壤具有良好的效果^[12]。将膨润土和砂土混合起来，可改变砂土的松散状况，有利于砂土中有机质的积累和转化，可增加砂土中有机无机复合体的数量，提高砂土的持水能力。增加土壤有效水含量，膨润土能显著提高砂土的阳离子交换量和盐基饱和度，增加砂土的保肥性能，减少养分的损失。并且膨润土具有很强的吸附性和离子交换性，可减少土壤对磷、钾的固定。这对于提高土壤保肥供肥性能具有重要作用。

        （3）提高土壤的含水率。通过田间条件下砂滤管试验^[13]，研究了不同膨润土施用量及有机物料对砂土土壤含水量和有机质含量的影响。结果表明，施用膨润土和有机物料能显著地提高砂土土壤含水量和有机质含量，且二者存在明显的交互作用，差异达极显著水平。施用膨润土能明显增加土壤有机质的累积量，说明在施用同样有机物料的前提下，施用膨润土可明显提高砂土土壤有机质含量。

        （4）防渗抗污染。通过对膨润土的压实性能实验^[14]，选用石英砂作为添加剂，探索了添加剂对膨润土压实性能的改善作用，实验结果说明石英砂添加剂的加入可以大大提高膨润土的干密度。减小对应的最优含水率，并得出约10％的石英砂是添加剂的最佳用量。该研究结果为钠基膨润土作为高放废物处置库缓冲/回填材料的性能评价提供了重要的依据。

　     3、膨润土在医药和临床领域的应用

        膨润土用于精制甘草浸膏^[15]，将57％的膨润土加入甘草流浸膏中，调节pH=9.3，将混合物加热到95℃，保持45min，过滤，与未经膨润土处理者相比较，其中甘草酸的含量约增高10％，且几乎无沉淀。并且蒙脱石是具有钠米级结构的矿物，与淀粉、滑石粉、二氧化硅等药物载体相比，具有吸持量大、稳定性好、廉价等优点，因此在药学领域中可用作药物的载体。

        膨润土的主要成分蒙脱石具有层纹状结构及非均匀性电性分布，对消化道内的一些病毒、病菌及毒素产生较强的选择吸收作用。如由法国益普生公司研制的思密达就是以蒙脱石为主要成分的消化道黏膜保护剂。膨润土在临床上用于急性腹泻、慢性腹泻、食管炎、慢性胃炎以及口腔溃疡的治疗。

　    4、膨润土作杀菌材料的应用

        以膨润土为原料，经过提纯和酸活化处理^[16]，H⁺离子置换蒙脱石层间的阳离子和溶解部分Al^{3 +}、Fe^{2 +}、Fe³⁺、Mg²⁺离子和氢氧基团，使蒙脱石层间孔道扩大，端面孔道角度增加，结构展开，形成比表面积很大的微孔网络结构，有利于离子渗透和吸附。

以活性蒙脱石作载体材料^[17]，与Ag⁺、Cu²⁺、Zn²⁺等离子溶液进行离子吸附和交换反应，在蒙脱石孔层结构中引入抗菌剂离子。进入载体材料中的抗菌剂离子，在一定的条件下能够缓慢释放出来，对细菌具有抑杀作用。杀菌实验表明，膨润土无论是与Ag⁺、Cu²⁺、Zn²⁺中哪一种抗菌剂制得的抗菌材料，都具有很好的杀菌抑菌效果，对大肠杆菌的杀灭率为100％，是理想的抗菌材料。

　    5、膨润土作新型功能材料

       纳米塑料是指用层状硅酸盐作为分散相，利用插层聚合、熔融插层等特殊方法制备的聚合物，层状硅酸盐纳米复合材料。层状硅酸盐主要来源于天然蒙脱土或高纯度膨润土。用插层聚合等工艺所制备的纳米复合材料形成特殊的“纳米马赛克”结构，类似在有机聚合物基体上贴上了一层无机纳米马赛克，具有一般塑料所不具有的优异性能。特别是气体阻隔性的提高和熔体粘度反常下降^[18]。

　     6、结论

       膨润土具有很多优良的性能，从而引起了人们的广泛关注，并被加工应用到各个领域中。膨润土是国内外开发最早、应用最广泛的非金属矿产。由于膨润土具有许多优异的性能，国外已在24个领域的100多个部门得到广泛的应用。而我国在膨润土的研究和开发利用方面起步较晚，开发利用的程度很低。近年来加大了对膨润土产品的研究开发力度，膨润土在各领域的应用也越来越广泛。

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