淺析膨潤土礦的應用

朱學忠，李 彬，單洪仁

（1.遼寧省有色地質局勘察研究院，遼寧沈陽110013；2.寬甸國灃礦產勘查開發有限責任公司，遼寧寬甸118200）

·巖土工程·

淺析膨潤土礦的應用

朱學忠*1，李 彬1，單洪仁2

（1.遼寧省有色地質局勘察研究院，遼寧沈陽110013；2.寬甸國灃礦產勘查開發有限責任公司，遼寧寬甸118200）

隨著工農業的發展，膨潤土在各個領域的應用日趨廣泛，包括：冶金、鑄造砂、石油、鉆井泥漿、化工、鐵礦球團、食品、環保及動物和家禽飼料添加劑等。遼寧是一個膨潤土資源比較豐富的地區，近幾年在遼寧西部地區發現多處大中型膨潤土礦床，豐富的膨潤土資源將為新材料的加工應用發揮更大的作用。

膨潤土；水處理；土壤治理；新型功能材料

膨潤土的應用很多學者已經做了研究并通過實驗使得膨潤土在更多新領域得到開發利用。由于膨潤土具有許多優異的性能，目前膨潤土在水環境污染治理、土壤環境污染治理等環境保護方面得到廣泛的應用。在醫藥、臨床等醫療方面也得到應用。并且膨潤土經過加工、提純可以做洗滌劑添加劑、動物飼料添加劑、干燥劑以及建筑涂料等，膨潤土的應用日益廣泛。

1 膨潤土在水環境污染治理方面的應用

（1）重金屬廢水的處理。含鉻廢水處理，鈣基膨潤土經低溫灼燒（低于300℃）、硫酸酸化和添加劑改性處理后，有較強的吸附性能，可用于含鉻廢水處理[1]。吸附后的膨潤土經0.1mol/L的鹽酸溶液淋洗可得到再生，改性處理后仍可反復使用。以鈉基膨潤土為原料，制備鋁鈦無機柱撐、鋁鈦有機柱撐系列改性膨潤土處理含鉻廢水[2]，結果表明，有機柱撐改性膨潤土、無機柱撐改性膨潤土對處理含鉻廢水效果明顯好于鈣基膨潤土。

改性膨潤土處理含Hg2+廢水，經研究改性膨潤土在不同條件下處理含Hg2+廢水的能力，在溫度為25℃、pH值為8～9、吸附時間為60min的條件下，用40%的AlCl3溶液改性過的膨潤土可將含Hg2+廢水（初始濃度為1.46mg/L）處理到Hg2+剩余濃度為0.0351mg/L，達到國家規定的排放標準。

溶液中Pb2+的去除，將天然膨潤土提純在150℃～200℃下干燥，用于對各種溶液中Pb2+的去除[3]。研究了溶液的濃度、吸附劑用量、溫度、電解質濃度和pH值等條件對吸附量的影響。在最佳條件下，膨潤土對水、硝酸鹽、鹽酸、高鋁酸這4種溶液中的Pb2+去除率分別為98%、78%、86%、79%。

處理含Cu2+廢水，用硫酸對天然膨潤土進行活化改性制得酸改性膨潤土，研究了該土處理含Cu2+廢水的適當條件。結果表明：Cu2+初始濃度為13.6mg/L時，用土量為8g/L、pH=7、振速150～160r/min、吸附時間30min，酸改性膨潤土對Cu2+去除率可達99.9%。處理后Cu2+殘留濃度低于國家規定的一級排放標準。將膨潤士制成珠粒狀[4]，這種珠粒具有多孔表面，其比表面積達200m2/g，可在pH為4.5～6.9的范圍內去除水溶液中的Cd2+、Cu2+，吸附量分別為23.81mg/g和13.15mg/g。

（2）造紙廢水的處理。采用膨潤土為原料，制備出的混凝劑對麥草漿造紙黑液的色度去除率可達90%以上，對COD的去除率可達到70%以上[5]。產品經應用于堿法麥草漿黑液廢水絮凝，獲得了良好效果。其生產工藝簡單合理，可操作性強。

以鈉基膨潤土為原料，合成了鎳鋯—無機柱撐、鎳鋯—有機柱撐系列改性膨潤土，比較了不同膨潤土對造紙廢水的處理效果，并確定了各改性膨潤土處理廢水前投加量、pH值、攪拌時間等因素最佳條件[6]。結果表明：有機柱撐改性膨潤土對造紙廢水的處理效果最好，當攪拌時間為20min，pH為12，改性土用量為0.8g/L時，其COD的去除率可達到77.896，同時色度、濁度去除率分別為91%和97.1%。

（3）印染廢水的處理。制備一種TiO2-Ag-改性膨潤土復合催化劑[7]，用該催化劑對直接黑L-N和直接銅藍BR染料廢水進行了光催化氧化處理，取得了較好的實驗效果。

用HDTMA-膨潤土處理極性化合物甲基藍，苯甲酸、水楊酸的廢水，取得良好的效果。

采用聚二甲基二烯丙基氯化銨均聚物（PDMDAAC）對膨潤土進行改性，制得陽離子膨潤土，研究其電動特性及對染料廢水的脫色效果。結果表明，與膨潤土相比，陽離子膨潤土的表面電性發生了變化：處理染料廢水的效果明顯提高，而且在強酸性和強堿性條件下對染料廢水的脫色效果最好。

用膨潤土—絮凝—內電解工藝對美爾雅集團印染廢水進行了處理，色度去除率高達99.5%，COD去除率高達98.2%，達到國家印染廢水一級排放標準，且實現了以廢治廢，運行成本較低的要求。

（4）石油廢水的處理。用碳酸鈉（Na2CO3）和溴化十六烷基三甲銨（CTMAB）對膨潤土進行改性，處理石油廢水效果非常好[8]。而且，有機改性膨潤土吸附石油廢水中的油效果比鈉化改性膨潤土和提純土好，其飽和吸附容量也遠高于提純土，對于濃度221mg/L的含油廢水，有機膨潤土用量為5.0g/L,油的去除率可達97%。采用溴化十六烷基三甲銨（CTMAB）制成單陽離子改性膨潤土和雙陽離子改性膨潤士，對石油廢水中聚丙烯酰胺（PAM）的去除效果極佳。7%單陽離子改性膨潤土對PAM的去除率可達90%以上：雙陽離子改性膨潤土對PAM的飽和吸附容量隨長碳鏈表面活性劑CTMAB的增加而增加。

（5）農藥廢水的處理。酸化和煅燒改性的膨潤土對樂果廢水的吸附過濾作用明顯[9]。較大地提高了膨潤土對樂果的吸附能力。用2mol/L的硫酸酸化，經300℃煅燒處理后所得的膨潤土對樂果的吸附量可達20.4mg/g。對濃度為60mg/L的樂果廢水，當吸附劑的用量為17g/L時，樂果的去除率可達85%。用十八烷基二甲銨鹽改性膨潤土去除殺蟲劑、五氯苯酚效果明顯，對五氯苯酚的吸附容量可達12mmol/l00g。

（6）赤潮的治理。由于大量陸源污染物向海洋超標排放，使入海口、內海等水域富營養化，導致某些浮游生物大量繁殖形成赤潮，導致水體缺氧，危及海洋生物。據統計2002年我國海域共發生赤潮79次，給海洋漁業資源和沿海養殖業造成重大損失。

赤潮是一種全球性的海洋生態災害，用粘土礦物去除赤潮生物是目前國內外治理赤潮的常用方法。用粘土礦物去除赤潮生物，具有對環境無污染、對其他生物無毒害、成本低廉、來源豐富、使用方便等優點，故引起國際上的普遍重視。赤潮生物主要是中肋骨條藻，去除效果最佳的是溴化十六烷基三甲銨改性的鐵柱撐膨潤土，其次溴化四甲基胺改性的鐵柱撐膨潤土[10]。

2 膨潤土在土壤環境污染治理方面的應用

（1）重金屬的去除。通過等溫吸附試驗[11]，鈣基膨潤土及鈉化改性膨潤土對Cd2+的吸附性與土壤對Cd2+的吸附進行了對比試驗表明，鈉化改性膨潤土對Cd2+有很好的吸附作用，可用于重金屬污染土壤的治理，為利用鈉化改性膨潤土原位修復重金屬Cd2+污染土壤提供了理論基礎。

通過調查與盆栽試驗，對腐殖酸、膨潤土、石灰對污染土壤中Hg活性的影響及其在蔬菜中的積累效應研究。分析表明，配合施用腐殖酸、膨潤土、石灰修復受Hg污染的土壤，既可保證作物不減產，又能大幅度降低蔬菜可食部分重金屬的含量。石灰、膨潤土按1∶10配施于污染黃壤上，可使萵筍生物量增產22.8%，同時其可食部分Hg含量降低達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、膨潤土和石灰，仍可保持蔬菜產量不減，同時，萵筍中Hg含量在紫色土和黃壤上分別降低21%～28%和31%～38%。

（2）土壤的改良劑。通過對膨潤土的研究，發現由于膨潤土具有良好的粘結性、分散性、吸附性、離子交換等性能和自身含有多種植物所需的營養元素，對改良土壤具有良好的效果[12]。將膨潤土和砂土混合起來，可改變砂土的松散狀況，有利于砂土中有機質的積累和轉化，可增加砂土中有機無機復合體的數量，提高砂土的持水能力。增加土壤有效水含量，膨潤土能顯著提高砂土的陽離子交換量和鹽基飽和度，增加砂土的保肥性能，減少養分的損失。并且膨潤土具有很強的吸附性和離子交換性，可減少土壤對磷、鉀的固定。這對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。通過田間條件下砂濾管試驗[13]，研究了不同膨潤土施用量及有機物料對砂土土壤含水量和有機質含量的影響。結果表明，施用膨潤土和有機物料能顯著地提高砂土土壤含水量和有機質含量，且二者存在明顯的交互作用，差異達極顯著水平。施用膨潤土能明顯增加土壤有機質的累積量，說明在施用同樣有機物料的前提下，施用膨潤土可明顯提高砂土土壤有機質含量。

（4）防滲抗污染。通過對膨潤土的壓實性能實驗[14]，選用石英砂作為添加劑，探索了添加劑對膨潤土壓實性能的改善作用，實驗結果說明石英砂添加劑的加入可以大大提高膨潤土的干密度。減小對應的最優含水率，并得出約10%的石英砂是添加劑的最佳用量。該研究結果為鈉基膨潤土作為高放廢物處置庫緩沖/回填材料的性能評價提供了重要的依據。

3 膨潤土在醫藥和臨床領域的應用

膨潤土用于精制甘草浸膏[15]，將57%的膨潤土加入甘草流浸膏中，調節pH=9.3，將混合物加熱到95℃，保持45min，過濾，與未經膨潤土處理者相比較，其中甘草酸的含量約增高10%，且幾乎無沉淀。并且蒙脫石是具有鈉米級結構的礦物，與淀粉、滑石粉、二氧化硅等藥物載體相比，具有吸持量大、穩定性好、廉價等優點，因此在藥學領域中可用作藥物的載體。

膨潤土的主要成分蒙脫石具有層紋狀結構及非均勻性電性分布，對消化道內的一些病毒、病菌及毒素產生較強的選擇吸收作用。如由法國益普生公司研制的思密達就是以蒙脫石為主要成分的消化道黏膜保護劑。膨潤土在臨床上用于急性腹瀉、慢性腹瀉、食管炎、慢性胃炎以及口腔潰瘍的治療。

4 膨潤土作殺菌材料的應用

以膨潤土為原料，經過提純和酸活化處理[16]，H+離子置換蒙脫石層間的陽離子和溶解部分Al3+、Fe2+、Fe3+、Mg2+離子和氫氧基團，使蒙脫石層間孔道擴大，端面孔道角度增加，結構展開，形成比表面積很大的微孔網絡結構，有利于離子滲透和吸附。

以活性蒙脫石作載體材料[17]，與Ag+、Cu2+、Zn2+等離子溶液進行離子吸附和交換反應，在蒙脫石孔層結構中引入抗菌劑離子。進入載體材料中的抗菌劑離子，在一定的條件下能夠緩慢釋放出來，對細菌具有抑殺作用。殺菌實驗表明，膨潤土無論是與Ag+、Cu2+、Zn2+中哪一種抗菌劑制得的抗菌材料，都具有很好的殺菌抑菌效果，對大腸桿菌的殺滅率為100%，是理想的抗菌材料。

5 膨潤土作新型功能材料

納米塑料是指用層狀硅酸鹽作為分散相，利用插層聚合、熔融插層等特殊方法制備的聚合物，層狀硅酸鹽納米復合材料。層狀硅酸鹽主要來源于天然蒙脫土或高純度膨潤土。用插層聚合等工藝所制備的納米復合材料形成特殊的“納米馬賽克”結構，類似在有機聚合物基體上貼上了一層無機納米馬賽克，具有一般塑料所不具各的優異性能。特別是氣體阻隔性的提高和熔體粘度反常下降[18]。

6 結論

膨潤土具有很多優良的性能，從而引起了人們的廣泛關注，并被加工應用到各個領域中。膨潤土是國內外開發最早、應用最廣泛的非金屬礦產。由于膨潤土具有許多優異的性能，國外已在24個領域的100多個部門得到廣泛的應用。而我國在膨潤土的研究和開發利用方面起步較晚，開發利用的程度很低。近年來加大了對膨潤土產品的研究開發力度，膨潤土在各領域的應用也越來越廣泛。

[1]胡付欣,楊性坤.改性膨潤土及其在含鉻廢水處理中的應用研究[J].非金屬，2002，21（1）:46-47.

[2]馬勇,邵紅，等.有機柱撐改性膨潤土和無機柱撐改性膨潤土對廢水的處理效果研究[J].環境科學研究，2004，17（4）:48-50.

[3]Nassem R,Tahir S S.Removal of Pb（II）from Aqueous/Acidic Solutions by Using Bentonites as Adsorbent[J].War Res,2001，35（16）：3982-3986.

[4]Anoop K,Viraghavant,et a1.Use of Immobilized Bentonite in Removal of Heavy Metals from Wastewater[J].Journal of Enviromental Engineering,1998,124（10）:1024-1024.

[5]楊久義,周廣芬,郭子成.用膨潤土制備造紙廢水處理用混凝劑的研究[J].非金屬礦，2004,27（1）:44-46.

[6]邵紅,王冬梅.改性膨潤土處理造紙廢水的研究[J].環境科學與技術，2004,27（3）:63-64.

[7]陳集,羅健生.TiO2-Ag-改性膨潤土復合催化劑光催化氧化處理染料廢水[J].環境技術，2002（6）:36-38.

[8]葉新才,王占岐,趙宇寧.改性膨潤土處理石化含油廢水試驗研究[J].非金屬礦，2004,27（2）:41-43.

[9]胡巧開,王代芝，等.改性膨潤土對農藥樂果廢水的吸附作用研究[J].工程與技術，2004（5）:32-34.

[10]鄧岳松,許梓榮,夏枚生，等.有機改性膨潤土去除赤潮生物的初步研究[J].應用生態學報，2004,15（1）:116-118.

[11]楊秀紅,胡振琪,高愛林，等.鈉化改性膨潤土對Cd2+的吸附研究[J].環境化學，2004,23（5）:506-509.

[12]劉秀珍,張敬忠.山西膨潤土資源、性質及在農業上的應用[J].山西農業大學學報，2003,23（3）:283-285.

[13]李吉進,徐秋明,倪小會，等.施用膨潤土對土壤含水量和有機質含量的影響[J].華北農學報，2002,7（2）:88-91.

[14]劉曉東,羅太安,邢占文，等.嘯江西廣豐李家膨潤土壓實性能研究——高放廢物處置緩沖/回填材料壓實性能初探[J].東華理工學院學報，2004.27（1）:19-23.

[15]Klipunovskii V l,Muravev I A，Novikova M I.Use of Bentonite for the Purification of Aqueous Extracts from Licorice[J]. Farlnatsiya,1969,18（6）:24-28.

[16]葉英,周玉航，等.新型無機抗菌材料[J].無機材料學報，2003,18（3）:569-574.

[17]Herrera.P,Burghardt R C,PHillips T D.Veerinary Micropous and Mesoporous Mateiials[J].2000(39):431-444.

[18]汪多仁.納米膨潤土的應用開發[J].中國粉體技術，2002,8（4）:33-37.

Analysis on theApplication of Bentonite Deposit

Zhu Xue-zhong1,Li Bin1,Shan Hong-ren2
(1.Liaoning Non-ferrous Geological Research and Exploration Institute,Shenyang Liaoning 110013,China；2.Kuandian Guofeng Mineral Resources Exploitation Co.,Ltd.,Kuandian Liaoning 118200,China)

With the development of industry and agriculture,the bentonite is applied widely in various fields,including:metallurgy, foundry sand,Petroleum industry,drilling mud,chemical industry, iron ore pellets,food,environment protection and poultry feed additives.Liaoning province is rich in bentonite resources,and some large or medium bentonite deposits have being found in the western region of the province in recent years.The abundant bentonite resources would play a more and more important role in new material processing and application.

bentonite；water treatment；soil remediation；new functional materials

P619.2

B

1004-5716（2015）01-0001-04

2014-02-20

2014-02-20

朱學忠（1960-），男（漢族），遼寧朝陽人，高級工程師，現從事地質找礦、災害地質、工程地質等工作。