2013年中国海泡石产业环境分析

    我国海泡石的资源十分丰富, 已探明的工业储量超过2000万吨，并且成矿条件好。海泡石是一种含水纤维状的镁硅酸盐粘土矿物, 其结构单元由两层硅氧四面体和中间一层镁氧八面体组成, 四面体的顶层是连续的, 每6 个硅氧四面体顶角相反, 因此形成2∶1 的层状结构单元、上下层相间排列的与键平行的孔道。由于这种特殊的结构使海泡石具有很大的比表面积和很强的吸附性能。我国在矿物海泡石应用研究方面取得了重要进展, 现归纳总结如下。

    一、海泡石用于环境污染治理

    1、水污染治理

    海泡石对铵离子、重金属离子、有机物分子等都具有较好的吸附性, 因而广泛应用于水污染治理。张林栋等用不同活化方法改性的海泡石分别加至氨氮质量浓度为0.5 mg/L 的废水中浸泡8 h, 发现经过不同方法改性的海泡石对氨氮的吸附量不同, 一定质量的海泡石经过活化的次数越多吸附量越大。杨明平等将海泡石经NH4•Fe( SO4) 2•12 H2O 改性后, 对镀铬废水中Cr6+具有良好的吸附效果, 在pH值3～6、Cr6+浓度0～35 mg/L 条件下, 按1 L 废水加入2.5 g 改性海泡石进行静态吸附12 h, Cr6+的去除率达到99.5%。王春智等用改性海泡石处理脱墨废水, 出水水质除pH 外能达到GB4287- 92 中的I级标准, 有处理成本低廉等特点。罗道成等在分析pH、滤速、比表面积等因素对改性海泡石吸附性能影响实验的基础上提出: 在pH=5、滤速=5 mL/min,用酸改性比表面积为190 m2 /g 的天然海泡石对冶金废水中的Pb2+、Hg2+、Cd2+三种离子的去除率均达98%以上, 低于国际最高容许排放标准。张小礼将海泡石提纯活化, 在投加量为10 g/L、pH=8、高速搅拌5 min 后, 沉淀2 h, 可使废水中Sr2+的质量浓度降低到0.067mg/L, 低于国家的排放标准。高立红等以海泡石为载体, 对高效脱色菌进行固定化, 用其对酸性红溶液进行脱色, 有较好的脱色效果。栾亚兰等采用强迫回流水法制备海泡石/TiO2 复合材料, 对甲基橙和亚甲基蓝溶液进行脱色实验, 结果表明: 制备的海泡石/TiO2 复合材料对0.05%甲基橙溶液6 h脱色率可达91.46%; 对0.001%的亚甲基蓝溶液在高压汞灯照射下6 h 脱色率可达99.55%; 在有充足太阳光照射的条件下6 h 能达到97.46%的脱色率并且在进行过光降解实验后重新煅烧对亚甲基蓝仍有很高的脱色性能, 在实际应用中可大大降低使用成本, 具有良好的应用前景。

    2、大气污染治理

    饮食业排放的油烟已经成为城市颗粒物、有机物和挥发性有机物的重要来源之一, 且含有很多致突、致变、致癌物质, 所以控制、治理油烟污染有很重要的意义。目前油烟净化所用的吸附剂以活性炭居多, 但活性炭的价格和运行费用较高。而海泡石不仅具有活性炭的吸附性能而且比活性炭的价格低很多, 因此开发新型的海泡石吸附剂有很好的经济和社会效益。李彩亭等通过提纯和酸活化的工艺流程所制备的海泡石吸附剂对油烟的吸附率比较高,而且海泡石可以通过酸处理重生以重复利用, 所以海泡石应用于油烟吸附剂具有十分显著的环境和社会效益。此外, 海泡石对氨气也有很好的吸附性能,适用于制作动物饲养除氨的去污剂。

    3、土壤污染治理

    随着采矿、冶炼以及镉处理工业的发展, 镉污染的问题日益严重。据调查, 我国镉污染土壤面积达13 330 hm2。镉污染不仅影响作物生长发育, 还会残留在植物体内通过食物链进入人体, 有关镉污染土壤的改良问题已引起人们的重视。李明德等通过人工模拟污染、采用盆栽试验的方法, 研究了海泡石对镉污染土壤的改良效果, 试验结果表明: 海泡石能显著促进空心菜的生长、抑制空心菜对镉的吸收、降低空心菜植株体内镉的浓度, 同时, 由于海泡石具有很大的表面积和较大的吸附量, 可降低土壤镉的有效性。因此海泡石是理想的镉污染土壤的改良剂。

    二、海泡石在农业及农副产品加工上的应用

    1、农药杀虫剂

    目前人们掌握的消灭害虫的方法有很多的局限性, 尤其是长期使用杀虫剂会使害虫产生抗药性, 在保证杀虫效力和安全性的前提下, 人们研究开发了一种新型的涂料—杀虫涂料, 该涂料不仅能干燥涂料表面还能毒杀与之接触的害虫。而研制杀虫涂料的关键就是解决杀虫剂与涂料体系的相容性问题及杀虫效果的耐久性问题。李玉平等以改性海泡石为载体, 以灭蝇胺、氯菊酯、避蚊胺为杀虫剂, 制备了具有杀虫功能的建筑涂料, 实验表明, 海泡石是一种优良的杀虫剂吸附载体和缓释材料, 对提高杀虫效果的耐久性具有很大的意义。

    2、饲料添加剂应用

    有研究表明: 海泡石颗粒能使饲料中的维生素、矿物成分和抗生素等微量成分均匀分布且肠道吸收的维生素和矿物质同微量元素不易发生化学反应,也不影响其吸收。戴廷灿等选取较常用的饲料添加剂载体碳酸钙、谷壳粉、海泡石粉作为研究对象,以乳酸乙酯为吸附质, 分别得出了3 种载体的吸附等温式。研究表明海泡石是一种相当强的吸附剂, 良好的饲料调味剂的载体。湖南省矿产测试利用研究所研制出海泡石矿物饲料添加剂, 经试验, 在畜禽饲料中添加一定剂量添加剂, 猪的平均日增重提高8%～20.5%, 饲料报酬提高6%～14%, 饲养期缩短20天左右; 仔鸡平均日增重提高6.17%～16.6%, 饲料报酬提高3.6%～8.67%。

    海泡石的比表面积大, 活性产物得以滞留并且海泡石的交换能力和表面铁的含量都较低, 这使其适于做发生氧化降解的药物的赋形剂, 在胃肠壁上形成凝胶保护肠道黏膜, 在动物消化道内选择性吸附NH3、H2S、CO2 等气体和一些有害元素Pb、As、Cd等, 而将含有的有益元素释放出来, 从而改善消化道的生理环境和促进消化液的吸收。

    海泡石作为廉价高效的饲料添加剂被广泛应用于畜牧业。但天然海泡石表面酸性弱, 通道小, 热稳定性差, 吸附性和离子交换性很弱, 其吸附作用的发生不需要外界的协调, 在有水分存在时, 水分越多占据的表面越大, 导致其吸附性能急剧下降, 故依照GB8830- 88 中的规定, 饲料添加剂载体的水分含量应小于5%。

    3、食用油的脱色精制

    市场上未经处理的食用菜油颜色深、油烟大、黄曲霉素含量较高。在传统的油脂深加工食用油脱色处理中, 使用的多是以膨润土为主的活性白土。罗北平等利用硫酸活化的海泡石用于植物油脱色,结果表明: 海泡石活性土脱色效果优于国产活性白土, 可作为一种新型的植物油脱色剂, 缓解了市场上活性白土供不应求的情况。

    三、海泡石在化工催化剂及其载体上的应用

    海泡石本身就有催化作用, 同时又是一种很好的催化剂载体。用海泡石作催化剂可将乙醇转化为乙烯。在无碳复写纸中, 海泡石的催化性和吸附性可使其充当显色剂。海泡石与钴的酸溶液、偏铝酸铵的水溶液和镁盐水溶液分别进行离子交换得到的海泡石催化剂与钠交换沸石混合可广泛用于各种碳氢化合物的氢化反应中, 尤其适用于重油的脱硫、脱氮和脱金属。李丽等采用浸渍法制备了负载IB 族元素的系列金属基海泡石, 用气象色谱等手段对制得的金属基海泡石对NO 的吸附性能进行研究。实验结果表明: 经过酸改性、负载Cu、Ag、Au 等金属的海泡石对NO 的吸附能力较之原矿有不同程度的改善,特别是Cu /Sep 对NO 的吸附能力最为突出, 饱和吸附量可达108.2 mg/g, 有良好的应用前景。

    四、海泡石在建筑方面的应用

    随着社会的不断进步, 人们对居住环境的要求越来越高, 而建筑用的涂料是否美观、有无刺激性气味成为人们买房时的重要标准。海泡石因为具有比表面积大、吸附性好等特点被当作涂料添加剂而得到广泛应用。在涂料中加入海泡石能增加涂料的悬浮性, 为涂料提供合适的粘度。另外, 海泡石也能覆盖在颜料质点上, 使涂料具有良好的色泽、去污渍性、耐磨性、平整性和热稳定性以及不发霉等, 因此,海泡石是涂料工业的一种理想原料。在建筑乳胶漆的生产过程中, 要达到理想的稳定的物理化学性能和施工所要求的流变性能, 必须加入一定量的流变剂, 当海泡石作为增稠流变剂时具有提高涂料的耐水性和耐擦洗性、不存在挥发性物质、无毒、无味、无刺激性的作用, 以及广泛的pH 值适应性和增稠能力强等优点。王国建等研究了海泡石为填料时对水性钢结构防火涂料性能的影响, 结果表明, 通过添加适量的海泡石, 水性钢结构防火涂料涂层膨胀状况、防火性能和耐水性能都有很大的改善。抗菌剂是一种具有抑菌、杀菌性能的新型功能材料, 可分为有机类、无机类和天然类三大种, 其中无机抗菌剂具有良好的耐热性、广泛的适用性、价格低廉以及具有自洁功能倍受人们关注。有研究表明:将海泡石提纯后用热酸活化, 得纳米级活化海泡石,再与AgNO3 反应或与纳米TiO2 复合而制得抗菌良好的抗菌剂, 再将此抗菌剂以4%～6%比例加入到建筑涂料苯丙乳液涂料中, 杀菌效果良好, 灭菌率达99%。苏小丽利用海泡石粘土为吸附载体,对载银抗菌剂能力进行前期的定性分析。通过控制适当的温度条件, 经吸附和离子交换, 得到含银离子的无机抗菌剂的母料, 再将一定量的母料和助溶剂在低于1 000 ℃的环境中烧制, 然后进行超细粉碎得到的抗菌剂具有很好的抗菌效果。

    五、海泡石的其他方面应用

    海泡石用于电焊条生产。海泡石因为其结构为纤维状、团絮状、有很强的黏塑性和吸附性还具有良好的流变性被周文浩用于代替E4303 电焊条涂料, 对焊条工艺性能、理化性能影响不大并成功应用于实际生产, 每吨可节约成本10 万元, 极大地降低了电焊条生产的费用。海泡石还被用于漂白剂、除臭剂、吸毒剂、酒水的净化剂、日用化妆品中的悬浮剂和触变剂及卷烟的过滤咀。海泡石在航天领域已经成为很值得研究的课题。海泡石应用研究已经取得重要成果, 随着研究的深入必将取得更广泛的应用。