神通廣大的膨潤土

膨潤土是什么

膨潤土又名膨土巖、班脫巖，它最早被發現于美國懷俄明州的古地層中，呈黃綠色黏土狀，加水后能膨脹成糊狀，后來人們把凡是有這種特質的黏土統稱為膨潤土。膨潤土一般為白色、淡黃色，因含鐵量不同又呈現出淺灰、淡綠、粉紅、褐紅、黑雜等顏色。具蠟狀、土狀或油脂光澤。膨潤土有的松散如土，也有的致密堅硬。它的主要化學組分是二氧化硅(SiO₂、三氧化二鋁(AI₂O₃)和水。氧化鐵和氧化鎂的含量有時也較高。此外，鈣、鈉、鉀等元素常以不同含量存在于膨潤土中。膨潤土的氧化鈉(Na₂O)和氧化鈣(CaO)含量對其理化性能和工藝技術性能影響頗大。

在自然界中，膨潤土常以黏土巖的形式存在，蒙脫石為其主要礦物成分。根據蒙脫石層間可交換陽離子種類、含量，可將膨潤土劃分為鈉基膨潤土(堿性土)、鈣基膨潤土(堿土性土)和天然漂白土(酸性土)三種。由于蒙脫石具有特殊的結晶結構，使得膨潤土具有吸水性、膨脹性、膠結性、陽離子交換性和分散性及潤滑性等性能，從而廣泛用于冶金球團、鑄造型砂、鉆井泥漿以及造紙、橡膠等工業生產中。其中，鑄造型砂、鐵礦球團、鉆井泥漿領域的消費量約占世界產量的75％。

膨潤土礦分布甚廣，全球總儲量約為25億噸，其中，美國、蘇聯和中國的儲量占世界總儲量的3/4，其次是意大利、希臘、澳大利亞和德國。在總儲量中，鈣基膨潤土約占70％～80％，鈉基膨潤土不足5億噸。因此，世界上的膨潤土資源雖然十分豐富，但用量最大的優質鈉基膨潤土仍十分短缺。我國的膨潤土90％為鈣基膨潤土。膨潤土礦產遍布全國23個省，大型礦床20多個。其中，廣西寧明縣是膨潤土儲量最多的地方，目前探明的儲量為6.07億噸，占全廣西總量的94.7％，占全國總量的25％，占全球總量的16.2％。

膨潤土的特殊本領

膨潤土的目的礦物是蒙脫石(Montmorillonite)，亦稱微晶高嶺石或膠嶺石，是含少量堿及堿土金屬的含水鋁硅酸鹽礦物。蒙脫石用手指搓磨時有滑感，加水后體積脹大數倍，在水中呈懸浮狀，水少時呈糊狀。

上文提到膨潤土的特殊本領與蒙脫石所具有的特殊晶體結構和化學成分有關，其特點是二層硅氧四面體晶片與其間的鋁氧八面體晶片相結合形成晶層，構成2:1型結構。由于蒙脫石類質同象種類多，使之化學成分復雜，變化大。八面體空隙中的三價鋁離子常被低價的鎂、鐵離子置換：四面體空隙中的硅離子可被鋁離子置換。這種低價陽離子替代高價陽離子的置換，使結構層產生多余的負電價。為了保持電中性，在結構層之間，除水分子外，存在較大半徑的鈉、鈣、鎂陽離子等。這些陽離子是可交換的，從而使蒙脫石族礦物具有離子交換性、吸水性、膨脹性、觸變性、粘結性、吸附性等一系列很有價值的特性，這些特性使膨潤土在24個領域的100多個部門得到了應用。

膨潤土的吸附性極強，能吸附8倍～15倍于本身體積的水量，吸水后體積可膨脹增大幾倍到十幾倍。它對各種氣體、液體、有機物質均具有一定的吸附能力，最大吸附量為5倍于它自身的重量，尤其是酸性膨潤土和經酸處理活化的活性白土，對各種油類具有良好的脫色性能。由于有很好的粘結力，膨潤土可代替淀粉用于紡織工業中的紗線上漿，既節糧，又不起毛，漿后還不發出異味，可謂一舉多得。

目前，膨潤土每噸價格在100元人民幣左右，改型活化后，用途的廣度與深度均有所擴大，價格可上升到1000元／噸；若能制成有機膨潤土，則工業利用價值大大提高，價格為15000元／噸。目前，國內使用的有機土大部分來自進口，少數來自國內個別機構，但品種、數量遠遠不能滿足工業需要。它是國家要重點發展的非金屬礦工業利用品種。

治污高手

如今，膨潤土在治理污染中的能力越來越受到重視，在諸如水凈化和污水處理、食品工業廢料處理、作為放射性廢物的吸附劑和漂白土等方面都能看到膨潤土的身影。

印染廢水是我國目前主要的工業廢水之一，廢水中的主要污染物有染料、漿料、助劑、纖維雜質、油劑、酸堿以及無機鹽等。其特點是廢水量大、水質復雜、有機物濃度高、難以生物降解、色深、水質變化快而無規律。其中，尤以染料的污染最為嚴重，其殘存的染料組分即使濃度很低，也會造成水體透光率降低，進而導致水中生態環境被破壞。因此，如何對印染廢水進行脫色是處理的關鍵。

目前，國內處理印染廢水多以生化法為主，有些也輔以化學法，但普遍存在處理投資費用大、運行成本高、處理效果不佳、色度去除困難等缺點。采用物理和化學處理法的也比較多。該處理法主要通過吸附、混凝沉淀、化學氧化等，去除一定的色度。其中，吸附脫色技術是依靠吸附劑的吸附作用來脫除染料分子。吸附劑包括可再生吸附劑，如活性炭、離子交換纖維等和不可再生吸附劑，如各種天然礦物(膨潤土、硅藻土)、工業廢料(煤渣、粉煤灰)及天然廢料(木炭、鋸屑)等。由于膨潤土中的蒙脫石層間具有可交換的鈣、鎂、鈉等離子，顆粒表面往往存在負電荷和正電荷，負電荷又包括恒定負電荷和pH控制負電荷，這些性質決定了膨潤土具有良好的吸附、離子交換等性能，因而在印染廢水處理中獲得了廣泛的應用。

專家利用天然膨潤土對印染廠廢水進行處理實驗時，對pH值、催化劑、膨潤土用量、反應溫度、反應時間等因素的影響進行了考察，以探索最佳工藝條件。研究表明，膨潤土對含有酸性陽離子染料的印染廢水有較好的處理能力，脫色率達90％以上，COD(化學需氧量)去除率達96.9％。采用膨潤土對印染廢水進行處理，具有操作簡單、周期適中、投資少等特點。要進一步擴大在膨潤土印染廢水處理中的應用，還需解決膨潤土改性以及吸附飽和膨潤土處置方面的問題。

由于未經改性的膨潤土對去除廢水中有機物和脫色效果較差，故一般用于廢水處理的膨潤土都要經過改性，增大其比表面積，提高吸附能力。目前膨潤土的改性方法主要有三種：焙燒法、酸浸法、鹽浸法。這三種方法均能改變膨潤土的表面結構，提高其吸附能力。

[責任編輯] 趙 菲