凹凸棒石的改性及在水处理中的应用_谢兆歌

2009．NO．4．ISSN1672-9064CN35-1272/TK谢兆歌严子春胡家玮（兰州交通大学环境与市政工程学院甘肃兰州730070）摘要凹凸棒石是我国一种储量丰富的矿产资源，在不同行业应用广泛，尤其是在水处理方面。对国内外有关凹凸棒石粘土的文章进行了综述,详细叙述了凹凸棒石粘土的组成和结构以及相应的改性方法,分类讨论了凹凸棒石粘土在水处理中的应用,并提出了相应的意见和建议。关键词凹凸棒石粘土晶体结构改性水处理中图分类号：X703.5文献标识码：A文章编号：1672-9064(2009)04－0012－03凹凸棒石的改性及在水处理中的应用凹凸棒石粘土是一种重要的稀缺性非金属矿产资源，在农牧业、建材、石油、冶金、食品等领域中有着广泛应用。世界上只有美国、澳大利亚、中国等少数几个国家拥有这一资源。甘肃是全世界凹凸棒石粘土资源储量最大的地区，仅临泽县的储量就是其他国家总储量的10倍。在水处理中开发成本低廉，效果显著的环保材料近年来成为国内外环境工作者的研究热点。在我国，凹凸棒石粘土具有资源丰富，价格低廉的特点，因此研究凹凸棒石粘土的性质，开发利用高附加值的凹凸棒石粘土很有必要。1凹凸棒石的特性凹凸棒石是一种富镁的硅酸盐粘土矿物，针状，具有独特的三维空间结构和较大的比表面积。凹凸棒石的主要成分是坡缕石，坡缕石是一种含水、富镁和铝的硅酸盐矿物，纯镁坡缕石的理想晶体化学式是Mg5(Si8O20)(OH)2(OH2)4.4H2O［1］。其理论化学成分为SiO256.96%,MgO23.83%，H2O19.11%。其结构图如图1。凹凸棒石的基本构造单元是由平行于碳轴的硅氧四面体双链组成,各个链间通过氧原子连接,每个双链的上下层间通过一层镁原子的六价配位连接。硅氧四面体活性氧原子的指向(即硅氧四面体的角顶)每4个1组上下交替排列［2］。这样排列的结果是凹凸棒石的的链条中包括5个八面体位置，其通道截面积为0.37nm×0.64nm。凹凸棒石表面电荷是由表面的Si—O键和Al—O键发生水解破裂产生的。破键水解产生的R—OH上的羟基(-OH)具有两性,既能作为酸,也能作为碱。表面电荷可以是正电荷,也可以是负电荷,主要取决于矿物结构、电解质溶液、浓度、pH值。改性作用能够使凹凸棒石在水溶液中的结构电荷和表面电荷发生改变,从而改变凹凸棒石胶体的带电性和吸附活性,不同的改性方法对其带电性和吸附活性有着不同的影响。［3］凹凸棒石粘土的这种特殊的结构和较大的比表面积,决定了其具有良好的吸附性能。凹凸棒石粘土在吸附时具有较强的选择性,在不同介质中其吸附力有明显的差异,依次为:水＞醇＞酸＞醛＞酮＞正烯烃＞中性酯＞芳香烃＞环烷烃＞烷烃［4］,凹凸棒石粘土越来越多地被应用开发作为环境矿物材料用于水处理方向。2凹凸棒石的改性研究凹凸棒石矿品味低，杂质含量高，杂质的存在削弱凹凸棒石原有性能,比如影响其吸附性、胶体性和脱色性等,无法达到良好的效果。为了提高凹凸棒石粘土的质量,满足工业要求,在使用前需对其进行预处理、酸改性和有机改性等。到目前为止,主要的改性方法有:酸改性、热处理、酸改性与热处理两者结合和盐浸泡等方法。酸改性可以去除其中的非粘土成分,热处理可以去除其中的水分。2.1凹凸棒石的预处理凹凸棒石的预处理包括提纯和活化处理两方面。凹凸棒石原矿粘土中含有大量的杂质，为了提高凹凸棒石的纯度，需要对凹凸棒石原矿进行提纯的预处理，开发高附加值、高技术和高档次的高品位凹凸棒石精矿。凹凸棒石的提纯预处理有干法和湿法2种。干法提纯是利用空气分级，使不同粒度和体积质量的矿物按粒级在空气介质中得到富集。干法提纯成本低、工艺流程简单但提纯效果有限，只适合原矿品位好、凹凸棒含量高的矿石。湿法提纯是在水介质中充分分散，自然静置或在离心力的作用下实现沉降分离。湿法提纯精度高，但是需要大量的水，提纯后还要进一步脱水干燥研磨，成本相对较高，提纯产品主要用于对凹凸棒石粘土纯度要求较高的产业。活化处理是在加热条件时脱除晶体结构中不同状态水，内部结构变得疏松多孔，从而增加比表面积，增加吸附能力。基金项目：甘肃省教育厅项目，项目编号(0604-11)。作者简介：谢兆歌（1983~），女，在读硕士研究生，主要从事给水处理中的滤料制备研究。图1凹凸棒石结构图研究与探讨122009．NO．4.ISSN1672-9064CN35-1272/TK天然凹凸棒石的比表面积约为140~210m2/g，经高温焙烧，比表面积显著增加，甚至达到300m2/g。陈天虎等［5］通过改变温度煅烧凹凸棒石，在65℃时，凹凸棒石脱去外面吸附水，98℃脱去孔道水，凹凸棒石结构形貌孔道没有变化，到230℃凹凸棒石脱出结晶水，凹凸棒结构出现折叠，在481℃时，去除凹凸棒石剩余结晶水。在595℃时，缓慢脱出凹凸棒石的结构水，孔道结构完全