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礦物簡介
蛭石(vermiculite)的礦物名稱來自拉丁文,帶有“蠕蟲狀”、“蟲跡形”的意思。中文譯為“蛭石”,即其灼燒后像水蛭一樣彎曲之意。蛭石作為一個礦物種是指結構單元層為2:1型、層間具有水分子和可交換性陽離子的三八面體或二八面體鋁硅酸鹽。
礦物學意義上的蛭石其晶體化學式為(Mg,Ca,Na)x (H2O)n{(Mg,Fe,Al)3[(Si,Al)4O10] (OH)2}, 單位化學式的層電荷數x在0.6~0.9之間。層電荷由層間充填的可交換性陽離子補償導,層間水分子數n隨環境溫度和濕度的變化而改變。
蛭石為單斜晶系;a0=0.53nm,b0=0.92nm,c0=n×1.45 nm;β=97°;Z=4。這是常見的以Mg為主要層間陽離子的三八面體型蛭石的晶格常數。二八面體型蛭石的晶格常數稍有不同。具有工業意義的主要是三八面體型蛭石。
工業上通常所指的“蛭石”是一組灼燒時能產生劇烈體積膨脹的類云母層狀硅酸鹽礦物。包括礦物學意義的蛭石以及由金云母、黑云母和綠泥石晶層與蛭石晶層形成的規則或不規則間層礦物,它們的共同特征是結構中均含有蛭石晶層,通常由金(黑)云母經熱液蝕變作用或風化而成。
蛭石通常呈片狀;褐、黃褐或古銅色,有時帶綠色;玻璃~油脂光澤;硬度1~1.5;片狀解理平行{001}完全,薄片具撓性,有時微具彈性。密度2.4~2.7g/cm3。
蛭石具有獨特的灼燒體積膨脹的性質。膨脹后的產物稱膨脹蛭石,彎曲呈水蛭狀;顯銀白色,亮黃褐色等;金屬光澤;灼燒后體積增大,密度減小。
蛭石主要為黑云母和金云母經低溫熱液作用蝕變的產物,部分蛭石可由黑云母經風化作用形成。
蛭石礦產被認為是中國有較好資源遠景和潛在優勢的非金屬礦產之一,主要分布在新疆、內蒙、陜西、河南、河北、湖北、遼寧、山西、山東、青海等地。已經發現蛭石礦床、礦點100余處,新疆尉犁且干布拉克蛭石礦床是目前中國發現的最大蛭石礦床,其它較大的礦床還有河北靈壽蛭石礦床、內蒙古文圪氣蛭石礦床,河南靈寶蛭石礦床等。
我國的蛭石礦山由于礦石中不含石棉纖維而在世界上具有重要的地位,目前按產量計居世界第三位,蛭石礦山和加工廠達50多個,礦石采掘量約20萬噸,礦山的規模大都較小,并多分布在北方。有少量蛭石出口國外,主要出口到日本、美國、澳大利亞、新西蘭等國家。
我國蛭石礦中,最大最有代表性的是新疆尉犁縣且干布拉克蛭石礦,而且質量也最優,可露采,含礦率大于50%的富礦占全礦床儲量的86.2%,蛭石膨脹率大于5倍,優質者達20倍。該礦自開采后至2006生產蛭石精礦約30萬t。目前主要利用的是1.5~7mm的級別,分別用于輕質建材和供出口。
性能結構
蛭石(Vermiculite)是一種層狀結構的含鎂的水鋁硅酸鹽次生變質礦物,外形似云母,通常由黑(金)云母經熱液蝕變作用或風化而成,因其受熱失水膨脹時呈撓曲狀,形態酷似水蛭,故稱蛭石。
蛭石屬成分結構復雜的含水鋁硅酸鹽礦物,由于其變化不定,用單一的化學式表達是困難的。一般來說,蛭石的化學分子式為(Mg, Ca)0.7(Mg, Fe3+, Al)6.0[(Al, Si)8.0](OH4·8H2O)。通常含SiO2 37~42%, Al2O3 9~17%, Fe2O3 5~18%, MgO 11~23%, H2O 5~11%,;Ca、Na、K含量不定。但因水化程度不同,氧化作用不一,即使同為蛭石,其化學成分也難相同。
蛭石呈鱗片狀和片狀或單斜晶系的假晶體,鱗片重疊,在0.54cm厚度內可疊100萬片;顏色顯金黃、褐(珍珠光澤)、褐綠(油脂光澤)、暗綠(無光澤)、黑色(表面暗淡)及雜色(多種光澤);密度2.2~2.8g/cm3,硬度1~1.5,松散密度1.1~1.2g/cm3,熔點1320~1350°C,抗壓強度100~150MPa。
蛭石具有隔熱、耐凍、抗菌、防火、吸水、吸音等特性,在800~1000°C下焙燒0.5~1分鐘,體積可迅速增大8~15倍,最高達30倍。顏色變為金黃或銀白色,生成一種質地疏松的膨脹蛭石,但不耐酸,其介電特性也較差。
(一)物化性能
1. 膨脹性
蛭石在高溫下焙燒時,體積會劇烈膨脹,體密度明顯變小。單片蛭石急劇膨脹后的厚度可增大15至20倍,甚至達40倍。密度由2.4~2.7 g/cm3 減小到0.6~0.9 g/cm3 。因膨脹蛭石具有細小的空氣間隔層,因而導熱系數小、容重小,并具有優良的保溫、隔熱、吸音、吸水性能等,可用作輕質材料、絕熱材料、隔音吸音材料、吸油吸水材料等。
2. 陽離子交換性和吸附性
蛭石結構層間的陽離子為可交換性陽離子。蛭石層電荷較高,故具有較高的陽離子交換容量。蛭石具有較強的吸附性能,尤其是吸附放射性元素的能力。膨脹蛭石也具有很好的吸附性。膨脹蛭石具有很強的吸水性。隨體積密度和粒度的減小,吸水率逐漸增大。利用蛭石的陽離子交換性能可將蛭石用于吸附劑、離子交換劑等。
3. 隔音、隔熱和耐火性
膨脹蛭石層片間有空氣間隔層。當聲波傳入時,層間空氣發生振動,使部分音能轉變為熱能,從而產生良好的隔音效果。材料的孔隙率愈大,其吸音、隔音性能愈好。隔熱性能也是膨脹蛭石的重要性能之一。膨脹蛭石不燃燒,無煙霧。熔點一般為1370~1400℃,在1000℃左右的高溫條件下使用,其性能不會改變。
4. 耐凍性和抗菌性
蛭石能經受多次凍融交替作用而不破壞,同時其強度性能無明顯下降。膨脹蛭石能在-30℃的低溫下保持體積和密度不變,也不發生任何變形。蛭石不受菌類侵蝕,且能排斥昆蟲和其他害蟲。因而不腐爛、不變質、不易被動物蛀壞。此外,膨脹蛭石的化學性質穩定。不溶于水。PH值在7~8之間。無毒、無味、無副作用。
用途作用
1. 在農業和園藝方面
蛭石具有良好的陽離子交換性和吸附性,在農業上主要用作土壤改良劑??筛纳仆寥赖慕Y構,能儲水保墑;蛭石能提高土壤的透氣性和含水性,使酸性土壤變為中性土壤;有良好的緩沖效果,阻礙PH值迅速變化,使肥料在作物生長介質中緩慢釋放,且允許稍過量地使用肥料對植物沒有危害。在園藝上除作盆栽土的調節劑外,還運用于無土栽培。并且為貯存蔬菜及其他稀有植物根、莖、葉的良好媒介物。蛭石還可作為肥料、殺蟲劑、除草劑載體。因膨脹蛭石質輕通氣性好,故在農業和園藝上被應用于保存種子、疏松土壤。蛭石作為生物發酵飼料,某些飼料中需添加經生物發酵分解的組分,這些營養物質在潮濕的蛙石墊上用細菌培養發酵,細菌的生長可以控制和加速,發酵后的組分加入飼料中使用。
2. 在環境保護方面
主要是利用其良好的吸附性和離子交換性處理廢水及有害物質。已利用蛭石制作的流態化生物反應器來處理廢水。蛭石對某些放射性元素有吸附功能??梢宰鳛楹藦U料的處理劑。利用膨脹蛭石吸附海、湖、河水中漂浮的油污,達到凈化環境的目的。
3. 在建筑行業
膨脹蛭石所具有的細小隔層空間或空洞使其導熱系數和密度均大大減小,具有良好的隔音、隔熱、絕緣、阻燃性能。同時,蛭石化學性質穩定,有抗菌性能。因此,膨脹蛭石可用作輕質、保溫隔熱、吸音隔音、防火等材料。
4. 在生物養殖方面
膨脹蛭石有獨特的構造特征和表面性質,以及無毒、無菌、和化學惰性,可用作載體、固著劑和飼料添加劑。在飼料中添加蛭石還可吸收飼料中的有毒物質,使動物體內和牛奶中的污染物含量減少。在養殖觀賞魚和食用魚過程中,蛭石可用于除去水體中對魚有毒的氨,減少水中微生物的含量。此外,蛭石能吸收動物糞便的臭味,減小糞便的溫度和延緩腐爛,改善家禽生長的環境條件。
5. 其他
蛭石作為填料加入摩擦材料,可起著增強劑、熱穩定性的作用。用蛭石制成的剎車片具有良好的耐熱性和抗剪強度,制動效果好。用蛭石作香料油的載體而制作的香料具有散香時間長的特點。膨脹蛭石還可用作冷卻器及冰箱的保冷材料,等等。
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