神通广大的膨润土

膨润土是什么

　　

　　膨润土又名膨土岩、班脱岩，它最早被发现于美国怀俄明州的古地层中，呈黄绿色黏土状，加水后能膨胀成糊状，后来人们把凡是有这种特质的黏土统称为膨润土。膨润土一般为白色、淡黄色，因含铁量不同又呈现出浅灰、淡绿、粉红、褐红、黑杂等颜色。具蜡状、土状或油脂光泽。膨润土有的松散如土，也有的致密坚硬。它的主要化学组分是二氧化硅(SiO₂、三氧化二铝(AI₂O₃)和水。氧化铁和氧化镁的含量有时也较高。此外，钙、钠、钾等元素常以不同含量存在于膨润土中。膨润土的氧化钠(Na₂O)和氧化钙(CaO)含量对其理化性能和工艺技术性能影响颇大。

　　在自然界中，膨润土常以黏土岩的形式存在，蒙脱石为其主要矿物成分。根据蒙脱石层间可交换阳离子种类、含量，可将膨润土划分为钠基膨润土(碱性土)、钙基膨润土(碱土性土)和天然漂白土(酸性土)三种。由于蒙脱石具有特殊的结晶结构，使得膨润土具有吸水性、膨胀性、胶结性、阳离子交换性和分散性及润滑性等性能，从而广泛用于冶金球团、铸造型砂、钻井泥浆以及造纸、橡胶等工业生产中。其中，铸造型砂、铁矿球团、钻井泥浆领域的消费量约占世界产量的75％。

　　膨润土矿分布甚广，全球总储量约为25亿吨，其中，美国、苏联和中国的储量占世界总储量的3/4，其次是意大利、希腊、澳大利亚和德国。在总储量中，钙基膨润土约占70％～80％，钠基膨润土不足5亿吨。因此，世界上的膨润土资源虽然十分丰富，但用量最大的优质钠基膨润土仍十分短缺。我国的膨润土90％为钙基膨润土。膨润土矿产遍布全国23个省，大型矿床20多个。其中，广西宁明县是膨润土储量最多的地方，目前探明的储量为6.07亿吨，占全广西总量的94.7％，占全国总量的25％，占全球总量的16.2％。

　　

　　膨润土的特殊本领

　　

　　膨润土的目的矿物是蒙脱石(Montmorillonite)，亦称微晶高岭石或胶岭石，是含少量碱及碱土金属的含水铝硅酸盐矿物。蒙脱石用手指搓磨时有滑感，加水后体积胀大数倍，在水中呈悬浮状，水少时呈糊状。

　　上文提到膨润土的特殊本领与蒙脱石所具有的特殊晶体结构和化学成分有关，其特点是二层硅氧四面体晶片与其间的铝氧八面体晶片相结合形成晶层，构成2:1型结构。由于蒙脱石类质同象种类多，使之化学成分复杂，变化大。八面体空隙中的三价铝离子常被低价的镁、铁离子置换：四面体空隙中的硅离子可被铝离子置换。这种低价阳离子替代高价阳离子的置换，使结构层产生多余的负电价。为了保持电中性，在结构层之间，除水分子外，存在较大半径的钠、钙、镁阳离子等。这些阳离子是可交换的，从而使蒙脱石族矿物具有离子交换性、吸水性、膨胀性、触变性、粘结性、吸附性等一系列很有价值的特性，这些特性使膨润土在24个领域的100多个部门得到了应用。

　　膨润土的吸附性极强，能吸附8倍～15倍于本身体积的水量，吸水后体积可膨胀增大几倍到十几倍。它对各种气体、液体、有机物质均具有一定的吸附能力，最大吸附量为5倍于它自身的重量，尤其是酸性膨润土和经酸处理活化的活性白土，对各种油类具有良好的脱色性能。由于有很好的粘结力，膨润土可代替淀粉用于纺织工业中的纱线上浆，既节粮，又不起毛，浆后还不发出异味，可谓一举多得。

　　目前，膨润土每吨价格在100元人民币左右，改型活化后，用途的广度与深度均有所扩大，价格可上升到1000元／吨；若能制成有机膨润土，则工业利用价值大大提高，价格为15000元／吨。目前，国内使用的有机土大部分来自进口，少数来自国内个别机构，但品种、数量远远不能满足工业需要。它是国家要重点发展的非金属矿工业利用品种。

　　

　　治污高手

　　

　　如今，膨润土在治理污染中的能力越来越受到重视，在诸如水净化和污水处理、食品工业废料处理、作为放射性废物的吸附剂和漂白土等方面都能看到膨润土的身影。

　　印染废水是我国目前主要的工业废水之一，废水中的主要污染物有染料、浆料、助剂、纤维杂质、油剂、酸碱以及无机盐等。其特点是废水量大、水质复杂、有机物浓度高、难以生物降解、色深、水质变化快而无规律。其中，尤以染料的污染最为严重，其残存的染料组分即使浓度很低，也会造成水体透光率降低，进而导致水中生态环境被破坏。因此，如何对印染废水进行脱色是处理的关键。

　　目前，国内处理印染废水多以生化法为主，有些也辅以化学法，但普遍存在处理投资费用大、运行成本高、处理效果不佳、色度去除困难等缺点。采用物理和化学处理法的也比较多。该处理法主要通过吸附、混凝沉淀、化学氧化等，去除一定的色度。其中，吸附脱色技术是依靠吸附剂的吸附作用来脱除染料分子。吸附剂包括可再生吸附剂，如活性炭、离子交换纤维等和不可再生吸附剂，如各种天然矿物(膨润土、硅藻土)、工业废料(煤渣、粉煤灰)及天然废料(木炭、锯屑)等。由于膨润土中的蒙脱石层间具有可交换的钙、镁、钠等离子，颗粒表面往往存在负电荷和正电荷，负电荷又包括恒定负电荷和pH控制负电荷，这些性质决定了膨润土具有良好的吸附、离子交换等性能，因而在印染废水处理中获得了广泛的应用。

　　专家利用天然膨润土对印染厂废水进行处理实验时，对pH值、催化剂、膨润土用量、反应温度、反应时间等因素的影响进行了考察，以探索最佳工艺条件。研究表明，膨润土对含有酸性阳离子染料的印染废水有较好的处理能力，脱色率达90％以上，COD(化学需氧量)去除率达96.90％…。采用膨润土对印染废水进行处理，具有操作简单、周期适中、投资少等特点。要进一步扩大在膨润土印染废水处理中的应用，还需解决膨润土改性以及吸附饱和膨润土处置方面的问题。

　　由于未经改性的膨润土对去除废水中有机物和脱色效果较差，故一般用于废水处理的膨润土都要经过改性，增大其比表面积，提高吸附能力。目前膨润土的改性方法主要有三种：焙烧法、酸浸法、盐浸法。这三种方法均能改变膨润土的表面结构，提高其吸附能力。

　　

　　[责任编辑]　赵　菲