蛭石矿物柱撑改性及其吸附污染物研究进展

蛭石矿物是我国的优势非金属矿种。本文从蛭石矿物的柱撑改性和对环境污染物的吸附性入手,系统综述了蛭石矿物的柱撑方法及改进方法;有机柱化剂在蛭石矿物层间域中的排布;蛭石矿物的柱撑机理以及蛭石矿物对重金属离子和毒害性有机污染物吸附特性。为拓展蛭石矿物的应用提供了较详尽的资料。     

蛭石精矿的有机改性试验

采用十六烷基三甲基溴化铵(HDTMAB)对蛭石精矿进行了有机改性,利用X射线衍射法(XRD)、红外光谱(IR)、差示扫描量热法(DSC)和热失重分析(TG)对蛭石精矿和有机改性蛭石进行了表征。实验结果表明,当反应液中蛭石与水的质量比为1∶10、反应温度在60~70℃时,HDTMAB的阳离子HDTMA进入绝大部分蛭石晶粒的晶层,将蛭石的晶层间距撑大,蛭石的(001)晶面间距d001从1.45986 nm增大到3.70134 nm。HDTMA进入了单晶颗粒之间,将蛭石颗粒分散成单晶颗粒。     

含蛭石晶层间层矿物的可交换性阳离子及交换容量研究

对采自新疆尉犁蛭石矿、河南灵宝-陕西潼关蛭石矿的工业蛭石矿物样品进行了可交换性阳离子与交换容量研究，发现新疆尉犁蛭石矿金云母-蛭石中可交换性阳离子主要为Na^ 和Ca^2 ，其次为Mg^2 、K^ 、Ba^2 和Sr^2 ；而河南灵宝-陕西潼关蛭石矿工业蛭石样品的可交换性阳离子主要为Ca^2 和Mg^2 ，其次为Na^ 、K^ 等。金云母-蛭石和绿泥石-蛭石间层矿物的阳离子交换容量随间层结构中蛭石晶层的含量增加而增大，一般在56．92～98．95mmol／100g之间，仅为蛭石最大阳离子交换容量的一半。金云母-蛭石样品阳离子交换容量大小与K2O含量呈负相关关系，与(Na2O CaO)含量呈正相关关系。     

蛭石的微波膨胀实验

蛭石是一种在工业、农业等众多领域广泛应用的非金属矿。蛭石在受热时,层间水分子受热汽化产生压力使结构迅速撑开,体积瞬间急剧膨胀,体积膨胀达到几倍甚至十几倍,从而获得膨胀蛭石。膨胀蛭石导热率降低、密度减小、体积增大,具有隔音、保温、防震、耐火的性质,可广泛应用于农业、电力、建筑、冶金、轻工、化工、冷藏、机械、船舶制造、运输包装及海洋捕捞等领域。热膨胀是目前制备膨胀蛭石最常用的方法,对蛭石热膨胀机理普遍认可的解释是:在急剧加热蛭石时,四周边缘部位先受热,边缘水首先散逸出去,四周边缘质点间距和晶层间距缩小而形成"封闭"状态,蛭石结构中间被加热后的水蒸气无法及时散逸出去而形成强大的层间蒸汽压力,撑开蛭石晶层,蛭石体积膨胀。由于微波和水分子之间存在着强烈的相互作用,因此微波作用可加热含水物质,且加热速度快。近年来采用微波加热方法来制备膨胀蛭石受到学者的关注,具有良好的应用前景,但研究相对薄弱。对新疆尉犁蛭石进行了微波膨胀实验,并与热膨胀进行对比。研究了影响蛭石微波膨胀的因素,对比讨论了两种方法的膨胀机理。研究结果表明:蛭石在微波条件下有较好的膨胀效果,微波频率和蛭石粒径是影响蛭石微波膨胀效果的关键因素。粒径大的蛭石膨胀效果优于小粒径蛭石。蛭石膨胀倍随着微波功率的增加和加热时间的延长而增大,且当加热时间为60 s时达到最大值;在不同微波功率下加热60 s时,蛭石和金属阳离子饱和蛭石的膨胀倍均随着功率的增加而增大,但金属阳离子饱和蛭石的膨胀倍均低于蛭石原样。蛭石层间离子对层间水的束缚力差异是导致不同金属阳离子饱和蛭石膨胀倍不同的主要因素。Na+对层间水的束缚力较弱,Na+饱和蛭石在低功率微波条件下膨胀倍明显增大,而Mg型和Ca型蛭石的层间离子分别结合有两层水分子且对水的束缚力很强,在高功率下才能有大的膨胀倍。     

蛭石的有机改性研究进展

本文综述了国内近十年关于粘土矿物和蛭石表面性质及表面改性的资料,分析了粘土矿物和蛭石表面改性的原理、方法和影响因素,研究了烷基季铵盐阳离子在粘土矿物和蛭石层间的排布模式,总结了有机粘土和有机蛭石吸附有机物的吸附理论和机理,为有机粘土和有机蛭石在废水处理和聚合物填充增强改性中的应用提供理论依据。     

层间水含量对蛭石有机改性影响的研究

本文以溴代十六烷基吡啶、磷酸三丁酯对膨胀蛭石和未膨胀蛭石进行了改性处理，并用IR、XRD方法研究了蛭石在不同层间水含量情况下，这两种有机分子分别进入蛭石层间的难易情况，结果表明：（1）层间水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能力的有机分子进入层间的影响不大；（2）磷酸三丁酯分子易于与含层间水少的膨胀蛭石结合，说明层间水对磷酸三丁酯分子的作用遵循异极性排斥的原则。     

新疆尉犁蛭石高温膨胀试验研究

通过原料物相组成、原料粒度及煅烧温度对新疆尉犁蛭石膨胀性能的影响研究。结果表明:新疆尉犁蛭石主要物相为蛭石、金云母、蛭石-云母混层矿物和方解石;蛭石与蛭石混层矿物含量越高蛭石膨胀倍越大,并主要受蛭石混层矿物含量的影响;在一定范围内蛭石膨胀倍随粒度增大而增大,当原料粒度超过2 mm时,其膨胀倍随粒度的增加而较小;蛭石膨胀倍随煅烧温度上升而迅速增加,但煅烧温度超过700℃时,其膨胀倍不再增加。     

且干布拉克蛭石的矿物学研究

本文对产于新疆且干布拉克的我国最大蛭石矿的组成、结构和谱学特征做了系统的阐述。研究表明:且干布拉克蛭石是由金云母风化而成。由于风化的不完全,该蛭石保留了许多金云母的特征。该蛭石不是个严格矿物学意义上的蛭石,它是由金云母、严格矿物学意义上的蛭石、以及两者组成的多种混层矿物的混合物。金云母风化过程中可能有杂质铁相生成。蛭石的颜色和多色性,可能起因于其中的O~(2-)→Fe~(2+23+)和Fe~(2+)→Fe~(3+)     

金云母—蛭石间层矿物分晶层晶体化学式的计算及意义

金云母－蛭石间层矿物由金云母晶层与蛭石晶层交叠排列而成，采用一般计算方法得出的晶体化学式不能充分揭示结构中金云母晶层与蛭石晶层各自的晶体化学特征。本文以化学成分分析与阳离子容量为基础，假定可交换性阳离子均为蛭石晶层层间阳离子，非交换性阳离子为金云母晶层层间阳离子，金云母晶层与蛭石晶层具有相同的八面体层等，计算出了结构中两种晶层的分晶层晶体化学式，确定了结构中两种晶层的比例和蛭石晶层的电荷数。并在此基础上讨论了新疆尉犁蛭石矿金云母－蛭石间层矿物的晶体化学特征。结果表明该方法设计合理，符合晶体化学原理，所计算的数据可靠。利用该方法计算出的两种晶层的比例为金云母－蛭石1：1规则间层矿物的确定提供了必要的依据。也为其它类似间层矿物的研究提供了一种计算分晶层晶体化学式的可行方法。     

河北灵寿蛭石晶体化学特征与层间水化行为

河北灵寿蛭石是矿物学意义上的蛭石,其晶体化学特征对蛭石的开发应用具有重要的意义。本文利用X射线衍射(XRD)、化学分析(XRF)、红外光谱(FTIR)、热分析(TG-DTG)等技术对提纯后的河北灵寿蛭石矿物的成分和晶体结构等矿物学特征进行了研究。在此基础上,通过控制不同相对湿度条件,考察了晶体化学特性对蛭石层间水化行为的影响。结果表明,河北灵寿蛭石属于矿物学意义上的三八面体蛭石,层间水化阳离子为Ca~(2+),平均层电荷数为0.61 eq/O_(10)(OH)_2 (半晶胞)。晶层之间电荷分布不均匀,表现为部分层间域中含有一定量的K~+。该蛭石具弱膨胀性,其d_(002)随环境湿度不同而变化。     

有机蛭石的制备及其层间插层剂排布模式研究

对新疆尉犁蛭石进行钠化改型后用系列烷基季铵盐进行了有机插层处理,利用XRD对样品进行表征.结合季铵盐阳离子的理论几何尺寸,研究了季铵盐阳离子在蛭石晶层的结构和排布方式.结果表明,不同链长烷基季铵盐阳离子在蛭石晶层排列方式的演化途径不同,季铵盐用量和季铵盐阳离子的性质能影响季铵盐阳离子在蛭石晶层的排布方式.当季铵盐用量较低时,季铵盐阳离子在蛭石晶层形成平卧排列,当季铵盐用量较高时,季铵盐阳离子在蛭石晶层形成倾斜排列,且直链烷基越长,季铵盐阳离子在蛭石晶层间越易形成倾斜排列.     

新疆尉犁县蛭石矿床成因及矿床模式探讨

本文通过新疆尉犁县蛭石矿床的研究指出,与蛭石成矿密切相关的云母岩是碱性超基性岩经同源高温气液多次反复交代所形成之蚀变岩。并证实,在热液阶段,不能直接形成蛭石矿,只有在风化作用阶段,金(黑)云母经水化之后才铲最终成矿。在搞清成矿地质背景、成矿机制、成矿过程的基础上,确定该蛭石矿床成因类型为:与碱性超基性岩有关的气化—高温热液交代—风化壳型蛭石矿床,并初步构想了该蛭石矿床之成矿模式。     

HDTMA改性蛭石的结构特征研究

用十六烷基三甲基溴化铵 (HDTMA·Br)对蛭石矿物进行改性 ,制成有机蛭石。应用X射线衍射分析、差热分析等对有机蛭石结构进行研究。结果显示 ,HDTMA能较容易地进入蛭石矿物的层间域 ,以倾斜立式在层间排列 ,倾角约为 5 7°。蛭石与HDTMA之间的反应 ,在HDTMA加入量较少时以离子交换为主 ;在HDTMA加入量较多时 ,分子吸附也变得重要。当HDTMA加入量小于蛭石的阳离子交换容量时 ,HDTMA将尽量以紧密排列方式进入部分蛭石层间 ,进入蛭石层间的HDTMA具有较好的稳定性 ,不易解吸。     

灵宝小秦岭北部蛭石矿化类型及质量评述

本文阐述了蛙石矿化赋存的地质背景及构造环境．调查发现了3种主要的蛭石类型及5种豆类型,探明了1处蛭石矿床和数十个矿点．经物理化学参数的测试,膨胀系数为＞5．5～29．6倍,细鳞片状蛭石经选矿后和大叶片状蛭石原矿均符合外贸出口的要求,达到国标规定的工业指标．     

陕西潼关-河南灵宝蛭石定向晶片X射线衍射研究

采用定向晶片法对陕西潼关一河南灵宝蛭石进行了X射线研究，结果表明河南灵宝石板沟和陕西潼关李家乡蛭石矿“蛭石”的矿物组成主要为金云母．蛭石的规则或不规则间层矿物；程村藏马峪“蛭石”的矿物组成主要为罕见的大片状绿泥石．蛭石的间层矿物。对比样品的定向晶片法与粉末法的X射线衍射谱可以发现，定向晶片法更能揭示晶片中不同晶层的间层结构特点，特别是对于分结型间层矿物，可以从衍射谱图上直接确定分结型间层的组元。     

铜型蛭石抗菌剂中Cu^2＋的赋存状态

利用天然矿物蛭石的阳离子交换特点，通过离子交换法将Cu^2 植入到蛭石中，制得铜含量高达5.5%（相当于蛭石阳离子交换容量的80%）、具良好抗菌性能的铜型蛭石。经XRD、TEM、AAS分析，结合晶胞参数及晶体化学式的计算，铜型蛭石的XRD特征值更接近于标准的Mg^-蛭石，这与Cu^2 与Mg^2 半径相近，电价相等的特点相符合，Cu^2 部分以水合物的形式存在于蛭石层间，部分进入八面体中以六次配位的形式存在。铜型蛭石的a0和b0值无明显变化而c0值略有减小，这对于Cu^2 的稳定是有利的，上述各特点有利于铜型蛭石抗菌剂的稳定性和持久性。     

新疆尉犁蛭石矿工业蛭石化学法膨胀的实验研究

在对采自新疆尉犁蛭石矿的工业蛭石样品进行化学成分和XRD分析研究基础上,选用工业级双氧水作为化学膨胀处理剂进行化学膨胀处理试验研究,结果表明:工业蛭石的化学膨胀特点和影响工业蛭石膨胀效果的主要因素是其晶层层间域中的过氧化氢分子在分解过程中所产生的氧气压力。对蛭石样品用不同浓度的双氧水作用相同的时间或用相同浓度的双氧水作用不同时间后发现:用浓度为25%的双氧水处理工业蛭石样品可以达到大于4倍的体积膨胀,膨胀后的工业蛭石样品的结构特征无明显变化,并能保持工业蛭石膨胀产物的韧性。     

铜型蛭石抗菌剂中Cu2+的赋存状态

利用天然矿物蛭石的阳离子交换特点,通过离子交换法将Cu2+植入到蛭石中,制得铜含量高达5.5%(相当于蛭石阳离子交换容量的80%)、具良好抗菌性能的铜型蛭石.经XRD、TEM、AAS分析,结合晶胞参数及晶体化学式的计算,铜型蛭石的XRD特征值更接近于标准的Mg-蛭石,这与Cu2+与Mg2+半径相近、电价相等的特点相符合.Cu2+部分以水合物的形式存在于蛭石层间,部分进入八面体中以六次配位的形式存在.铜型蛭石的a0和b0值无明显变化而c0值略有减小,这对于Cu2+的稳定是有利的.上述各特点有利于铜型蛭石抗菌剂的稳定性和持久性.     

氯化铵-乙醇法测定蛭石的阳离子交换容量

采用氯化铵-乙醇法测定了蛭石精矿的阳离子交换容量。实验结果表明:氯化铵-乙醇法测定蛭石精矿的阳离子交换容量时,必须使蛭石充分润湿分散,以利于NH₄⁺与蛭石层间阳离子的充分交换。甲醛法滴定NH₄⁺含量时,必须消除甲酸的影响,并且不加热待滴定液可以获得较准确的测试结果。实验测得蛭石精矿的阳离子交换容量为60.8824×10^-3mol/100 g。     

Al3+交换蛭石层间铝的赋存状态研究

利用阳离子交换实验方法,将天然蛭石转化为羟基Al3+型蛭石,通过X射线衍射、差热分析,研究铝离子在蛭石层间域中的赋存状态.结果显示,Al3+交换蛭石中的层间铝不能用KCl溶液将其提取出来,但可用柠檬酸钠溶液可以将其提取出来,是一种非交换性的聚合羟基铝.Al3+的离子电势虽然很高,但Al3+交换蛭石的脱水温度却低于蛭石原矿.表明Al3+进入蛭石层间域后发生水解反应,生成Al(OH)2+和Al(OH)2+从而降低了Al3+的有效离子电势,使其脱水温度降低.Al3+进入蛭石层间域后发生水解反应,其可能的水解反应式为[Al(OH2)6]3+〈=〉[Al(OH)x(OH2)6-x]3-x+xH+,其中x＜3.