凹凸棒土的应用研究

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

2005年10月

󰀁

中󰀁国󰀁矿󰀁业

CHINAMININGMAGAZINE

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

Vol󰀁14,No󰀁10October2005

凹凸棒土的应用研究

胡󰀁涛󰀁钱运华󰀁金叶玲󰀁梅󰀁莉

(淮阴工学院生化系󰀁淮安223001)

󰀁󰀁摘󰀁要󰀁凹凸棒土是一种以凹凸棒石为主要成分的粘土矿。对凹凸棒土的组成、结构及特性进行了介绍,并详细介绍了其在食品、农业、轻工业等行业中的应用研究进展。

关键词󰀁凹凸棒土󰀁性能󰀁应用

中图分类号󰀁TD873+󰀁1󰀁󰀁文献标识码󰀁B󰀁󰀁文章编号󰀁1004-4051(2005)10-0073-04

STUDYONTHEAPPLICATIONOFATTAPULGITECLAY

HuTao󰀁QianYunhua󰀁JinYeling󰀁MeiLi(BioengineeringandChemicalEngineeringDepartment,HuaiyinInstituteofTechnology󰀁JiangsuHuaian223001)

󰀁󰀁Abstract:Attapulgiteclayisakindofminethattakingattapulgiteasbasis.Thecomposing

configurationandcharacteristicofattapulgiteclaywereintroduced.Inaddition,theapplicationofattapulgiteinfoodstuff,agriculture,lightindustryetc.wasdescribed.

Keywords:Attapulgite󰀁Property󰀁Application

󰀁󰀁凹凸棒石又名坡缕石,是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸粘土矿物。凹凸棒粘土是指以凹凸棒土为主要矿物成份的一种稀少的天然非金属粘土矿物,在矿物学上隶属于海泡石族。凹凸棒石粘土具有特殊的纤维结构、不同寻常的胶体和吸附性能,具有广泛的应用领域,有󰀁千土之王󰀁、󰀁万用之土󰀁等美誉。1862年,俄国学者隆科钦科夫首先发现这一矿物并将它命名坡缕土(Palygorskite),后来在美国佐治亚洲的奥特堡地区的漂白土中也发现了该种矿物,第拉百连特1935年采用Attapulgite为其命名。我国1976年在江苏六合小盘山首次发现凹凸棒石粘土矿,中国学者许冀泉根据音译同时兼顾该矿的晶体结构特征,译成󰀁凹凸棒石󰀁,近年来在国内传用。

凹凸棒石矿物几乎遍及世界各地,但具有工业意义的矿床并不是很多,仅限于美国、中国、印度、西班牙等国。我国江苏、安徽、山东、辽宁等地探明许多凹凸棒土矿点,产量以江苏盱眙居首

基金来源:江苏科技攻关立项项目(编号:BE2004387)收稿日期:2005-05-10

作者简介:胡󰀁涛(1976-)󰀁男󰀁博士󰀁毕业于南京工业大学化工学院󰀁主要从事抗菌剂󰀁催化剂󰀁吸附剂等材料性能研究

位󰀁1󰀁,现已探明其储量高达2󰀁72亿t,远景储量达5亿t,占中国凹凸棒石储量的70%,占全球凹凸棒石粘土总储量的近50%,为世界优质矿藏。组成、结构及特性。凹凸棒土理想化学式可表示为Mg5Si8O20(OH2)(OH2)4󰀁4H2O󰀁2󰀁,其集合体为土状、致密块体构造,产于沉积岩和风化壳中,颜色为白色、灰白色、青灰、微黄或浅绿,弱丝绢或油脂光泽。土质细腻,有油脂滑感,比重轻(约1󰀁6),性脆(摩氏硬度2~3级),潮湿时呈粘性和可塑性,干燥收缩小,且不产生龟裂,吸水性强,可达到150%以上,pH值约为8󰀁5󰀁3󰀁。其晶体呈棒状、纤维状,长0󰀁5~5󰀁m、宽0󰀁05~0󰀁15󰀁m,层内贯穿孔道,表面凹凸相间布满沟槽,具有较大的比表面积,大部分的阳离子、水分子和一定大小的有机分子均可直接被吸附进孔道中,此外它的电化学性能稳定,不易被电解质所絮凝。

凹凸棒土由于具有较大的比表面积,使其具有较强的吸附作用。在相当低的浓度下可以形成高粘度的悬浮液,其流变性能决定了它可用作胶体泥浆、悬浮剂、触变剂以及粘结剂。另外,它有着很强的可塑性,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。天然的凹凸棒土的󰀁4󰀁

74

中国矿业󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

第14卷

阳离子交换能力是相当低的,其值随着粒径的减小而略有增加。凹凸棒土另一个有价值的特点是它的化学惰性,在现实中也得到了广泛的应用。应用研究现状及发展前景。由于凹凸棒石粘土具有特殊的纤维结构、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,并具有一定的可塑性和粘结力,因而在各行各业中被广泛使用。1󰀁食品行业

凹凸棒石粘土本身无毒,价格低廉且使用效率高,是一种优良的脱色剂,能截留或吸附带色物质和杂质。使用凹凸棒石粘土可替代当前的活性炭和活性白土,用于植物油󰀁5󰀁、动物油脂、明胶等粘稠度较高的产品脱色和精制。用盐酸活化后的凹凸棒石粘土对菜油、豆油等食用油的脱色能力可提高2倍以上󰀁7󰀁。脱色净化的色拉油,酸价较低,可省去脱水工序。过滤后的滤饼(植物油、动物脂等)可以再生利用,不污染环境。

凹凸棒石粘土也可用作糖浆、蔗汁、甜菜汁、低浊度天然水、矿泉水以及啤酒、麦芽汁、果汁、葡萄酒、果酒等饮料的过滤剂和澄清剂,它既能脱色,又能清除其中的微生物及其它杂质(如果汁、葡萄酒中的农药)。其还具有特殊专一的吸附性,能吸附植物油中强致癌物质-黄曲霉毒素󰀁8󰀁并且使用十分简便,无需改变原有生产工艺。2󰀁农业

利用凹凸棒土比表面积大、吸附力强、粘结性好和密度低的特点,可作颗粒农药造粒剂,不仅可以提高颗粒肥料成粒率,增强复混肥的造粒速度,而且造粒强度高,不结块,不返潮,颗粒均匀,表面光滑,色泽度好;利用凹凸棒土生产的农药在土壤中释放缓慢,可以延长药效,粒状和粉状凹凸棒石粘土已广泛用作杀虫剂、杀菌剂、除草剂等的载体。用酸处理过的凹凸石粘土能有效地防止硝酸铵、硫酸铵、尿素等氮肥中氨的损失,具有固氮作用,可减少肥料流失,延缓养分的释放期,提高肥料利用率,改良土壤活性;利用凹凸棒土的阳离子交换能力,使其在土壤中起到保水,调节pH值的作用,并可为植物提供一定的微量元素,促进植物生长。利用它的悬浮性、增稠性可用作粉剂农药、液体农药的悬浮剂、增稠剂,便于飞机大面积喷洒。

凹凸棒土承载性能好,酸碱度适中,粒度均匀,土中汞、铅、砷等有毒元素分别低于国家标准,可替代玉米粉作为饲料添加剂使用󰀁11󰀁

󰀁10󰀁

󰀁9󰀁

󰀁6󰀁

节约粮食,降低饲养成本,提供动物必须的微量元素,并可防止动物拉稀,同时能改善饲养场环境

󰀁12󰀁

。另外,凹凸棒土中含有鱼类生长必需的多

种微量元素,作为添加剂应用在鱼类颗粒配合饵料的生产中,可以减少无机盐用量,部分取代常用的粘结剂,而且制成的颗粒铒料有良好的漂浮性和粘结性,符合鱼类颗粒铒料的质量要求3󰀁轻工业

󰀁13󰀁

。

凹凸棒土具有链层状结构,不同于蒙脱土等层状硅酸盐,这种特殊的结构使它具有一些特殊的性能。但由于受自身亲水性及传统生产工艺的局限,通常凹凸棒土产品粒径大,与聚合物复合往往只能起到填充增量作用,不能发挥其应有的作用󰀁14󰀁。通过机械剪切力可以将凹凸棒土以纳米尺度分散到橡胶中,复合物的性能有很大提高󰀁15󰀁。将凹凸棒土以纳米尺度填充到塑料制品中将会使材料的性能得以提高,而且还有望得到具有特殊性能如优异的光学性能的纳米复合材料。

凹凸棒土经硅烷偶联剂处理后填充PP的综合性能优于填充CaCO3的PP材料󰀁17󰀁,经理化处理制得的填充剂可完全替代轻质CaCO3、部分替代炭黑并降低了成本

󰀁18󰀁

󰀁16󰀁

。经有机化合物表面改性后

的凹凸棒土可用作弹性体和聚氨酯泡沫等的增强活性填料󰀁19󰀁,用在泡沫中还能改善其压缩性,增加其体积。以凹凸棒土为填充剂的人造革产品质量高于国家标准,同时可以减少发泡剂、流平剂的用量,从而降低生产成本󰀁20󰀁。凹凸棒土作为聚氨酯填充剂的情况国外也有类似的报道󰀁21󰀁。

凹凸棒土经过镍、铁、锌、钡、钙等二价金属盐溶液处理,在印刷行业中可用作无碳纸;凹凸棒土具有符合印染、编织要求的良好化学稳定性,在较高的温度下,无絮凝、变稀、发霉、变质、发酵现象,可用于活性染料印花的增稠剂4󰀁建材业饰材料上

󰀁23󰀁

󰀁22󰀁

。

近几年,凹凸棒土的应用范围扩大到建材和装

,利用其吸附力大,具有很大的粘合

力并且有较好的悬浮、胶体性能,将凹凸棒土和其它纤维等材料一起制成矿棉吸音板,具有防火、装饰、保温、节能、杀菌、吸音和净化空气之功能

󰀁24󰀁

。

凹凸棒石粘土特别适宜作淀粉基胶粘剂的增稠

剂来粘贴瓦楞纸板,还可用于微晶石蜡、聚酯树脂基防渗漏剂等领域,使它们具有优异的热稳定性并延长贮存期。在聚合物胶粘剂和环氧胶粘剂中掺入凹凸棒石粘土能提高其粘结力,并使之具有防水效,可以第10期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁胡󰀁涛等:凹凸棒土的应用研究󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁75

果,广泛用于粘贴PVC地板及其装饰品,其与硅酸盐配成无机胶粘剂可用于水泥墙粘贴墙纸。

在涂料行业中,使用凹凸棒土来弥补某些增稠剂和分散剂的不足,已取得较好的效果。凹凸棒石粘土可用作水基涂料和油基涂料的增稠剂、阻流剂和均化剂,尤其适用于外墙涂料、屋面涂料、结构涂料和胶凝涂料。若辅以其它成分能使涂料、喷塑等具有保温、隔热、抗沉降、耐水洗、抗飘流和色泽好、污迹易擦、耐摩擦,以及在较大的pH和温度范围内的安全稳定性等优点。在无石棉的高强耐火水泥涂料中,凹凸棒石粘土可用作润滑剂和膨化剂,还可用于压敏板涂料。

凹凸棒石在一定的反应温度和氧化气氛下,经化学处理制得各类颜料,具有无毒、色泽鲜艳、耐热耐候性好、化学稳定性优良,可应用于油漆、饰面砖等行业,也可用于塑料、造纸、造革、美术颜料等行业。凹凸棒土还可有效地应用于水下不分散混凝土。5󰀁环保

目前,国内外染化废水以生化法或絮凝沉淀法与活性炭吸附法组合处理为主,因活性炭价格昂贵,再生过程复杂而限制了其使用范围。因此,探求高效低耗、运行方便、投资省的染化废水处理新材料成为研究热点。

凹凸棒土的吸附性强,可以用于水的净化及污水处理,且效果较好。活化的凹凸棒粘土净水剂处理印染废水,色度去除率可以达93%以上,压滤渣可再利用;而且可以与TiO2制备光催化剂,对难降解的印染废水也有很好的处理效果。活化后的凹凸棒土对敌百虫、敌敌畏等有机磷农药废水有吸附净化作用,可以部分取代活性炭,提高净化度和重复利用率,降低吸附剂成本。用改性凹凸棒土处理含镍废水,凹凸棒土用量小于硫铁矿和改性膨润土,是一种价格低廉的废水处理剂。凹凸棒石粘土还具有一定的离子交换能力,所以可用于治理含Cd、Pb等重金属离子的废水,使之达到排放标准。用凹凸棒土处理污染河水,在脱色的同时还能去除污染河水中的酚、油、氨、氮。凹凸棒石还可对污染土壤进行原位修复,达到治理土壤污染的目的。

以凹凸棒土为主要原料制备的吸附干燥剂可用于环境的除湿,室内空气的净化;以优质凹凸棒原矿配以适量的膨润土为主要原料经过粉磨、造粒、焙烧,制成一种高强度的颗粒,可用于吸附空气中的有机磷、硫化氢及大气中ppb级的气态甲苯和2+

2+󰀁26󰀁

󰀁25󰀁

丁醇,用于工厂、农牧场、罐头厂、屠宰场、制革厂、汽车修配厂及货栈等场所,能除去脂肪、油污和臭味,以保持地面或其它表面的环境清洁,与以活性炭为主要原料的同类产品相比,具有成本低、生产工艺简单、不会产生二次污染等特点。凹凸棒土脱除柴油机碳烟效率高达71󰀁3%,该技术已成功应用于工程中。

凹凸棒石粘土还是放射性物质和有毒气体极好的吸附剂,能用于防原子辐射和防化学武器,一旦烧结,便可阻止放射性物质的渗漏。用凹凸棒石粘土和水泥使放射性废料固化,再用硅氧烷聚合物封装,或直接埋入土中,均能达此目的。6󰀁采矿业

利用凹凸棒土具有较强的胶体性能和悬浮性能,并具有较好的热稳定性,在较高温度下无絮凝,适用于深井和地热钻井;与膨润土等粘土相比,凹凸棒石粘土受电解质的影响甚微,具有抗盐性,pH<8时,既使盐类电解质浓度很高,流变性仍很稳定;pH>9时胶溶作用使其粘度急骤下降,流变行为具备牛顿特性。所以凹凸棒石粘土可广泛用于海洋和含盐地层钻井,可以有效保护井壁,减少废井率,提高钻井效率,降低钻井成本。7󰀁催化及合成

凹凸棒石粘土作为催化剂或催化剂载体,用于乙烯、苯乙烯和丁二烯橡胶的聚合;它还是烯酮与缩醛聚合成烷氧基羧酸醋及其它多种反应的催化剂;用凹凸棒石作催化剂可以制造二氨基苯甲烷和多甲基多苯胺齐聚物及二氯乙烷;凹凸棒石粘土能使硫醇和有机硫化合物催化分解成硫化氢和烯烃,用于汽油脱硫以提高辛烷值;凹凸棒石粘土单独使用,或与金属、金属氧化物一起使用,能使烃类催化裂解;载Ni凹凸棒石粘土酸稳定性和热稳定性好,Ni分散性好,作为催化剂能使蓖麻油氢化成固态脂,还能使葵化油、食用油、牛油等氢化。8󰀁日常用途

以凹凸棒石为主要成分的治疗胃肠道疾病的药,具有保护黏膜、吸附病菌和病毒及各种毒素,中和胃酸、涩肠止血、修复溃疡等作用,成本低,制备简便;凹凸棒石口服制剂对消化道疾病、如腹泻、结肠炎等疗效显著,且安全无毒,尤其适合婴幼儿使用;在解酸药中它起着缓释作用,有利于控制中和速度;在兽药中最早用于大药丸或片剂治疗大牲畜的痢疾。凹凸棒石粘土不仅可作药物的载体,而且还是白喉毒素、细菌和生物碱等的吸附剂。76

中国矿业󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

若在烟草中添加适量的凹凸棒石粘土,能吸去

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第14卷

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大部分对人体有害的烟油;凹凸棒土还是除臭去污日用化学品的添加剂,可生产鞋用除臭剂和除臭洗洁精;以凹凸棒石为主要原料研制了各类电冰箱食

品的脱臭、除腥、杀菌、防腐、保鲜产品;凹凸棒土可替代合成洗衣粉及洗发精中的主要助洗剂三聚磷酸钠;还可用作液体蚊香的吸液芯,使药物在较低的加热温度下有足够的挥发量。

精制后的凹土可作化妆品的原料,其具有优良的平滑性、密合性和通气性,特别适合于粉底胭脂、扑粉、眉目、口红等化妆品;利用其多孔性将芳香性物质(香精、香料)浸渍在其中能制作稳定持续释放6个月以上的缓释芳香剂。

9󰀁其它行业

凹凸棒石粘土还可用于凡士林、煤油、燃料油、润滑油、甘油三酯油等的脱色。凹凸棒原土改性制备的吸附剂用于航空煤油精制,其效果优于活性白土和活性炭,且价格最低。利用凹凸棒土在工作介质中呈惰性,与分子筛不反应,可用作分子筛粘合剂,能降低分子筛磨耗,提高强度,改善外观,提高质量;凹凸棒石粘土能储存太阳能和乙炔;还能制成分析纤维素和类脂用的液相色谱柱填料;在冶金行业可作为铸造型砂粘结剂、铁矿球团粘结剂。凹凸棒石粘土还可用于制备高效吸水剂。10󰀁结语

虽然我国凹凸棒土的资源储量很大,但是由于发现的较晚,其开发利用水平较低,加上国家非金属矿加工业基础相对薄弱,可以生产的凹凸棒土产品和其它国家相比还相当的少,以致于使这种经济意义重大的矿藏的应用还只限于一般的填料,甚至以原土的形式廉价地出口,造成资源的浪费。目前,我国对于这种粘土珍稀资源的研究还多限于一般的定性鉴定和形貌观察,有关它的全面的研究还鲜有报道。因此,利用我国凹凸棒土资源丰富的特点,研制开发出高利用价值的产品,对于这种矿产资源的开发研究具有重大的意义。

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