非金屬礦物材料的定義及優(yōu)勢

非金屬礦物材料是指由天然非金屬礦及其深加工或精加工產(chǎn)品組成的一類功能性材料，具有一定的技術(shù)含量和明確的用途，在去除重金屬離子、氨氮、有機污染物和TNT廢水、染料廢水、礦山廢水治理等方面有著獨特的優(yōu)勢。

1、硅藻土

硅藻土是由古代單細胞硅藻經(jīng)過長期地質(zhì)作用形成的生物硅質(zhì)巖，它的主要成分為蛋白石(SiO2·H2O)及其變種，SiO2含量一般大于80%，此外，還含有Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等金屬氧化物雜質(zhì)。隨著對硅藻生物研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)硅藻生物經(jīng)過處理同樣可以獲得硅藻。

迄今為止，硅藻土的規(guī)?；瘧?yīng)用領(lǐng)域主要有以下幾個方面：

（1）助濾劑。硅藻土制品中，助濾劑品種最多，用途最廣，用量最大。目前，世界上硅藻土助濾劑總產(chǎn)量在106萬t左右。

（2）填料。硅藻土可以作為填料在油漆行業(yè)、化妝品、牙膏、塑料等領(lǐng)域應(yīng)用。提純后的硅藻土具有質(zhì)輕、多孔、松散、隔熱性好、吸附性強、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點，因而可在填料領(lǐng)域得到應(yīng)用。

（3）催化劑載體。硅藻土適合于制造熱惰性、低比表面積的催化劑載體。這一載體以使用直鏈藻為主，大部分應(yīng)用于釩催化劑載體。除此之外，硅藻土還可應(yīng)用于農(nóng)藥和化肥載體。

（4）建材。硅藻土建材和保溫材料主要有硅藻泥修飾材料、隔熱磚、硅酸鈣制品、粉料、硅鈣板、水泥添加劑以及泡沫玻璃、輕質(zhì)骨料、瀝青路面混合料添加劑等。

2、膨潤土

膨潤土是以蒙脫石為主要成分的一類黏土礦物，含有少量石英、伊利石和高嶺土；其化學(xué)式為Na0.7(Al3.3Mg0.7)Si8O2(OH)4·nH2O，其基本結(jié)構(gòu)為兩層硅氧(Si－O)四面體中間夾一層鋁氧(Al－O)八面體，屬2∶1型層狀結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽；具有表面積較大、良好的吸水膨脹性、粘結(jié)性、催化活性和陽離子交換性等性能，被廣泛應(yīng)用于石油化工、環(huán)保、鉆探、冶金、輕工和建筑等領(lǐng)域，被稱為“萬能黏土”[4]。膨潤土經(jīng)過無機改性(碳酸鈉、KH2PO4、酸改性、Na2S和氧化錳)可有效降低廢水的COD、細菌及重金屬Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr2+和Cd2+離子；而膨潤土經(jīng)有機改性(如，烷基溴化胺、殼聚糖和黃原酸)可有效吸附廢水中的酚類、染料甲基橙、亞甲基藍和茜素紅的脫色及磷的脫除。

3、伊利石

伊利石是一種高鉀、富鋁且比表面積大的層狀含水硅酸鹽云母類粘土礦物，其層間區(qū)域中存在著可交換的水合陽離子和水，又名水白云母，屬于單斜晶系類礦物。由于最先發(fā)現(xiàn)于伊利諾斯州(美國)，因而取名為伊利石。同時，伊利石黏土資源豐富，分布十分廣泛。純凈的伊利石為白色，但含有少量雜質(zhì)的伊利石卻呈現(xiàn)出不同的顏色，如黃、綠、褐等顏色。伊利石與白云母相似，其晶體結(jié)構(gòu)與白云母基本相同，也屬于2:1型結(jié)構(gòu)單元層的二八面體型，屬于兩個硅氧四面體夾一個鋁氧八面體(即T-O-T)結(jié)構(gòu)。

伊利石應(yīng)用廣泛，可在塑料(填料)、化肥(鉀鈣肥、鉀氮肥、磷鉀鈣肥等)、陶瓷(馬賽克、空心磚等)、造紙，污水處理等多個部門中使用。污水處理方面，主要應(yīng)用于工業(yè)廢水、藍藻、核污染等環(huán)境領(lǐng)域。這是由于伊利石具有膠體性質(zhì)，膠體本身就是良好的吸附材料，加上粒徑小，比表面積大等空間優(yōu)勢，因而在吸附方面的地位日益鞏固。作為低成本的吸附劑，其吸附處理的水體污染物主要有重金屬陽離子、有機物、染料等。

4、凹凸棒石

凹凸棒石(又稱坡縷石，palygorskite)是一種含水富鎂鋁的硅酸鹽黏土礦物，具有2:1型鏈層狀結(jié)構(gòu)，屬于海泡石族。凹凸棒石晶體呈棒狀，單根晶體的直徑為20~70nm，長度為0.5~5μm。凹凸棒石礦僅在中國、美國、西班牙、法國等少數(shù)幾個國家被發(fā)現(xiàn)。凹凸棒石獨特的棒晶形貌和孔道結(jié)構(gòu)，使其具有優(yōu)異的吸附性能、膠體性能、載體性能和補強性能，廣泛用于寵物墊料、脫色劑、干燥劑、有機分子吸附劑、重金屬廢水和放射性物質(zhì)吸附劑、霉菌毒素吸附劑、藥物和生物工程、鉆井泥漿、增稠劑、催化材料、顏料、橡膠和塑料復(fù)合材料、環(huán)氧樹脂、摩擦材料等領(lǐng)域。

5、沸石

沸石是一種堿金屬或堿土金屬離子的含水的架狀結(jié)構(gòu)鋁硅酸鹽礦物，是由硅氧四面體和鋁氧四面體通過共用氧原子連接而成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

按礦物特征分為架狀、片狀、纖維狀及未分類四種；按孔道體系特征分為一維、二維、三維體系。其化學(xué)通式為Am-BqO2q·nH2O，式中A=Ca、Na、K、Ba、Sr等陽離子，B=Al和Si，q為陽離子電價，m為陽離子數(shù)，n為水分子數(shù)?；瘜W(xué)組成為SiO2、Al2O3、H2O和堿土金屬氧化物，其中SiO2和Al2O3總量約占80%。沸石具有較大的比表面積、孔容量、電負性，使得沸石在脫氮、除磷、脫除有機物和重金屬離子等方面應(yīng)用廣泛；天然沸石經(jīng)過改性處理，如熱處理、酸、堿、鹽改性和復(fù)合改性技術(shù)使得沸石表面活性、吸附性能及離子交換性能均獲得較大提升；其在工業(yè)廢水（生活污水、重金屬離子）處理、海水淡化、工業(yè)廢氣(脫硫、脫碳、除氮及吸附氨、氮氧化物和硫化氫)和天然氣凈化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

6、高嶺土

高嶺土的主要成分是高嶺石，是一種1:1型二八面體層狀硅酸鹽礦物質(zhì)，結(jié)構(gòu)中存在同晶置換現(xiàn)象，因此具有一定的吸附和陽離子交換能力，但吸附量低，選擇性不高，直接利用效果較差，往往需要進行改性處理。高嶺土常見的改性方法有高溫焙燒、酸堿改性、金屬改性、有機改性等。

7、累托石

累托石是由二八面體云母層和二八面蒙脫石層交替堆垛而成的片層狀硅酸鹽黏土礦物，其蒙脫石單元層間的水化陽離子，可吸附Na+、Ca2+、Cu2+、Cd2+、Ni2+等各種重金屬離子和有機染料等污染物，且過程是可逆的，為提高累托石的吸附效果，一般要對其進行酸化改性、鈉化改性、高溫煅燒改性和鹽改性等處理。

8、珍珠巖

珍珠巖主要由酸性火山玻璃組成，主要成分為SiO2和Al2O3，1000~1300℃高溫條件下可膨脹4~25倍，內(nèi)部孔道結(jié)構(gòu)豐富，有開孔、閉孔和中空孔，是水處理常用的助濾材料。馬萬征等利用活性炭—珍珠巖復(fù)合材料處理含鉻廢水，在活性炭與珍珠巖質(zhì)量比為10:1、pH值為4的條件下，130min后對鉻的去除率為96%。