非金属矿小贴士 第16期 蛭石

PART.01

概述

蛭石是一种层状结构的含镁的水铝硅酸盐，外形似云母，因为其受热膨胀时呈挠曲状，形态酷似水蛭，故此称为蛭石。蛭石原矿通常夹有大量脉石矿物，如辉石、方解石、变体云母、金云母、黑云母、磷灰石、阳起石、绿帘石、长石、石英、蛇纹石等。矿石品位仅30%左右，脉石含量一般在50%以上。蛭石原料按外形和热处理反应分为三级。一级蛭石体积膨胀10~25倍，大叶片状蛭石，颜色为黄铜色或淡绿色，不易剥成片状，有珍珠光泽或油脂光泽，经焙烧后变为金色。二级蛭石体积膨胀5~10倍，暗绿铜黄色，薄片有弹性，并有玻璃光泽。凹凸不平，也有时变为银色和暗绿棕色。三级蛭石体积膨胀2~5倍，主要为经微弱蛭石化的黑云母，颜色为暗色或近似黑色，易剥开成片状，焙烧后变为银白色。按晶体鳞片大小分为四级，一级晶体鳞片大于15 mm；二级晶体鳞片4~5 mm；三级晶体鳞片2~4 mm；四级晶体鳞片小于2 mm。由于蛭石焙烧后具有容重轻、耐冻、保温、隔热、吸音等性能，被广泛应用于建筑、节能、环保、农牧业、园艺等领域。

蛭石为单斜晶系，结构属层状硅酸盐的滑石-叶蜡石型，即由指向相反的两层硅氧四面体中间夹一层配位八面体，组成三层型的结构单元层。每个结构单元层中，上下两基本层均为硅氧四面体，彼此尖端相对，中间为硅氢氧镁铝层。在结构单元层中由于部分Si被铝取代，因此具有多余的负电荷，由结构单元层间的阳离子来补偿。在结构单元层中还存在大量的层间水，且水分子成层分布。蛭石的这种结构特点，使其具有灼热时体积膨胀的性质和强的阳离子交换能力。

蛭石的一般物理性质与云母相似，常呈鳞片状、片状或者单斜晶系的假晶体。鳞片重叠，解理完整。颜色为褐黄色至褐色，有时带绿色色调。土状光泽、珍珠光泽或油脂光泽，不透明。条痕白色，莫氏硬度1~1.5，密度约2.3 g/cm³。薄片无弹性或具有微弱弹性。蛭石含水约7%，容重110~120 kg/m³。加热后迅速膨胀15~20倍，最高达40倍，形成银灰色的水蛭状膨胀体，密度降至0.6~0.9 g/cm³。膨胀蛭石有充满空气的隔离层，因而具有极高的绝热性和良好的隔音性能，并且有一定的耐火性（1 000 ℃）和机械强度、化学稳定性。‍

PART.03

蛭石的用途

蛭石因其一系列特殊的工艺性能，被广泛用于建筑、节能、环保、农牧业、园艺等领域。

在建筑业中，主要使用膨胀蛭石制成松散填充料、膨胀蛭石制品、膨胀蛭石混凝土等，用作轻质、保温、隔热、吸音、防火等材料。

由于蛭石粉有良好的吸水、透气、吸附、松散、不板结等性能，在农业和园艺上，用作营养释放剂、土壤调节剂、化肥及杀虫剂载体和溶液培养作物的基床，用于花木、蔬菜、果树、葡萄的种植、育苗、扦插、果蔬保鲜等，也可以用于制作花肥、营养土等。

用于化工涂料的制造。蛭石具有抗酸碱腐蚀的性能，对5%以下的硫酸、盐酸、醋酸，5%以下的氨水、碳酸钠有抗腐蚀作用。

在环保方面，用作去除有害物质的吸附剂和离子交换性处理剂，用于废水处理、废气净化。

在畜牧业方面，膨胀蛭石可用作饲料添加剂等。

用于摩擦材料。膨胀蛭石具有片状、隔热性能，可用于摩擦材料、制动材料，且性能优异、无毒无害，对环境无污染，是新型的环保材料。

此外，蛭石还用于颜料、油漆、油墨、橡胶、合成玻璃、隔热陶瓷填充料、助滤剂等。

PART.04

地质特征

蛭石成矿的前期矿物黑云母和金云母的富集是蛭石矿床形成的先决条件，铁镁云母是铁镁质岩石的造岩矿物，或是这些岩石受气水溶液交代的产物。橄榄岩、辉石岩、云母岩和黑云母质、角闪石质片岩、片麻岩，往往是有利的母岩或围岩。酸性岩浆岩侵入体与铁镁质岩的接触带，也可形成含金云母的透辉岩。但大型蛭石矿床常是辉石岩的风化壳。

黏土级的蛭石广泛存在于风化不强的土壤和沉积物里，但并不构成工业蛭石矿床，有工业价值的蛭石是指粗粒蛭石。我国的蛭石主要有六种矿床类型：碱性一超基性岩型、矽卡岩型、伟晶岩型、热液型、片麻岩型和蛭石脉型。其中以碱性一超基性岩型蛭石矿床为主，此种类型往往形成大型矿床。‍

PART.05

研究进展‍

硅酸钙结合蛭石轻质材料制备及孔隙结构研究

为了探寻电力防火领域对轻质新型防火材料的需求，采用氢氧化钙和粉石英为钙、硅原料，膨胀蛭石为骨料，配合增强纤维，经静态水热蒸压反应，制备了体积密度介于538～859 kg/m³的硅酸钙结合蛭石轻质材料。探讨了蛭石加入量20%～40%、成型压力1.0～4.0 MPa对材料体积密度与强度的影响。结果表明，托贝莫来石和硬硅钙石组成的结合相中微细孔隙结构与蛭石片层间的孔隙使得材料孔隙率高达60%以上。同时，结合相与蛭石的穿插结合结构使材料具有较高强度。蛭石加入量30%、压力2.0 MPa下成型的样品，抗拉拔强度接近40 MPa，热面温度1 000 ℃时其导热系数只有0.209 W/(m·K)。这种材料在高温下的低收缩和低导热系数特性使得其在电力防火领域具有潜在用途。

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蛭石/聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯复合薄膜的制备与性能‍

以蛭石(VMT)为填料、聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)为基体，采用熔融-吹塑法制备了VMT/PBAT复合薄膜，通过向其中添加相容剂聚苯乙烯马来酸酐共聚物(SMA)制备了VMT/PBAT/SMA复合薄膜。对纯PBAT薄膜、VMT/PBAT和VMT/PBAT/SMA复合薄膜的热性能、流变性能、水蒸气阻隔性能、断面微观结构和力学性能进行了测试。结果表明，与纯PBAT薄膜相比，VMT/PBAT和VMT/PBAT/SMA复合薄膜的热稳定性降低，相比VMT/PBAT复合薄膜，SMA的添加增强了VMT/PBAT/SMA复合薄膜的热稳定性。相同VMT含量的VMT/PBAT/SMA复合薄膜比VMT/PBAT复合薄膜的结晶度低。相比纯PBAT薄膜，VMT/PBAT和VMT/PBAT/SMA复合薄膜的拉伸强度和断裂伸长率降低，而VMT/PBAT/SMA复合薄膜的拉伸强度和断裂伸长率整体比VMT/PBAT复合薄膜有所提高。VMT/PBAT和VMT/PBAT/SMA复合薄膜水蒸汽透过量都小于800 g/(m²·24 h)。VMT/PBAT和VMT/PBAT/SMA复合薄膜水蒸气阻隔性能符合GB/T 35795—2017《全生物降解农用地面覆盖薄膜》的要求。 

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有机蛭石/竹炭/PS废塑料的制备及表征‍

先对蛭石(VMT)进行改性，得到有机蛭石(O-VMT)，并用FTIR和XRD对其进行表征。再通过熔融挤出制备PS废机壳(J-PS)系列复合材料，对复合材料的力学性能和尺寸稳定性进行分析，结果发现，J-PS能够填满竹炭(BC)的内部孔隙；加入O-VMT后，复合材料的物理性能与添加VMT相比更佳；加入BC或O-VMT后，J-PS的尺寸稳定性提升，当加入4%的O-VMT时，J-PS的弯曲模量提高了8.3%，缺口冲击强度下降了28.2%；当加入4%的BC时，J-PS的弯曲模量提高了4.9%，缺口冲击强度下降了11.5%；在O-VMT/J-PS-4中加入4%的BC，复合材料的拉伸强度、弯曲强度和模量分别提高了12.9%、9%和12.7%，伸长率和缺口冲击强度分别下降了17.8%和19.6%，垂直和水平方向的模后收缩率分别降低至41.7%和36.5%。

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蛭石层状膜的制备及有机溶剂纳滤性能

受全球能源形势与环境问题影响，新型膜分离技术尤其是二维层状膜在分离领域展现出广阔的应用前景。然而，目前使用的二维纳米材料化学环境相对复杂，且膜制备成本高昂，限制了其工业化推广。天然蛭石廉价易得，剥离简单，表面只含有硅羟基且其含量易于调控，可精确调控所制备层状膜层间亲疏水性，实现有机溶剂的高效渗透和极性与非极性溶剂的高效分离。研究发现：蛭石层状膜展现出优异的极性溶剂分子传递能力，而非极性溶剂则相对较低，其中乙腈分子渗透性高达1 650 L/(m²·h·bar)(1 bar=0.1 MPa)，甲苯分子渗透性仅为37.8 L/(m²·h·bar)，乙腈与甲苯的分离因子高达43.6，展现出优异的分子分离性能。本文所制备蛭石层状膜具有1.36 nm的规则平直层间传递通道，对分子动力学直径大于层间距的结晶紫(1.5 nm)、亮蓝(1.6 nm)、酸性黄14(1.9 nm)等染料分子的截留率均大于90%，截留性能优良。同时，蛭石层状膜具有良好的压力循环稳定性及抗污染能力，展现出巨大的分离应用潜力。

蛭石超分子组装有机无机荧光薄膜

基于有机荧光染料固体易于团聚和堆叠导致荧光猝灭和发光与稳定性降低，采用剥离与超分子组装的方法制备固体荧光超薄膜发光体。首先通过剪切剥离制备蛭石纳米片，控制其粒径分布在30～300 nm，再通过层层超分子组装的方法与有机荧光染料(罗丹明6G和罗丹明B)组装，获得蛭石有机无机荧光薄膜。对比实验发现，不添加蛭石纳米片，无法获得均匀发光的荧光薄膜。蛭石有机无机荧光薄膜的SEM显示，薄膜中有机荧光染料和蛭石分布均匀，克服了有机荧光染料团聚或者堆叠引起的荧光猝灭，实现了荧光亮度可控。

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蛭石基FeCeO_x催化剂及CO选择性催化还原NO‍

以CO为还原剂去除NO的选择性催化还原(CO-SCR)技术受到了广泛关注。本文以天然矿物蛭石为载体，采用共沉淀辅助浸渍法(CP-IM)制备了蛭石负载的铁铈双金属氧化物(FeCe/VMT)用于CO-SCR脱硝反应。表征结果显示，相比传统的浸渍法(IM)，共沉淀辅助浸渍制备的FeCe/VMT催化剂具有更大的比表面积(106.9 m²/g)和更多氧空位，可以提供更多的活性位点。共沉淀过程形成更多Fe³⁺，并促进了FeCe间的协同作用，有利于提高CO-SCR的催化活性和稳定性。性能测试表明，在300 ℃和50 000 h^-1的空速下，NO转化率可达100%，48 h后NO转化率几乎无衰减。当温度降至250 ℃时，NO的转化率依然可以达到97%。同时，利用原位红外光谱和密度泛函理论计算技术，揭示了相应的催化反应机理，为制备大比表面积的负载型催化剂提供了一种方法。

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