蒙脫石

蒙脫石（imvite），無機(jī)礦物，分子式為(Na,Ca)?.??(Al,Mg)?[i?O??]OH?·NH?O屬于單斜晶系，由硅氧四面體和鋁氧八面體組成，顏色為白色和紅色、黃色、黑色或綠色，有時(shí)淺灰色。存在形式不同，層次分明、似層狀、透鏡狀、脈狀等。蒙脫石顆粒較細(xì)，約為0.2 ~ 1微米，具有膠體分散特性在電子顯微鏡下，晶體通常不規(guī)則且無光澤。蒙脫石因其優(yōu)異的物理和化學(xué)性能而被用作緩釋劑、吸附劑、催化劑、增稠劑、觸變劑、脫色劑廣泛用于醫(yī)藥、化工、食品、新材料等領(lǐng)域。蒙脫石不僅具有藥用價(jià)值，還可以吸附水中有毒的重金屬元素和有機(jī)污染物。蒙脫石天然存在于膨潤土中，主要通過提純獲得。

膨潤土的主要成分是蒙脫石當(dāng)膨潤土中蒙脫石含量超過80時(shí)%可以稱之為蒙脫石。膨潤土在世界上儲(chǔ)量豐富，但分布不均勻，主要分布在環(huán)太平洋地區(qū)、印度洋帶和地中海—黑海帶。主要資源是中國、美國、俄羅斯、希臘、土耳其、德國、意大利、墨西哥和日本等前三個(gè)國家的探明儲(chǔ)量占世界的45 美國儲(chǔ)備/5。世界與政治美國已探明的膨潤土礦靜態(tài)可采儲(chǔ)量仍可開采216年.52億噸(不包括中國)其中，鈉基膨潤土約5億噸，主要產(chǎn)于美國懷俄明州，儲(chǔ)量從6800萬噸到1.2億噸，前蘇聯(lián)、意大利、希臘和中國也有分布。中國膨潤土資源超過80億噸，占世界總量的60%，居世界第一，其中70%以上都是鈣基膨潤土。

i-O四面體

蒙脫石是一種2∶1層狀粘土礦物，其晶胞由兩層頂角向內(nèi)的硅組成-o四面體，中心有一層鋁-O或Mg-o八面體形成結(jié)構(gòu)層。i-O四面體由位于四面體中心的一個(gè)i和四個(gè)等距的O ，這是四個(gè)協(xié)調(diào)。相鄰的四面體由底氧反向連接，所有的底氧都在一個(gè)平面上，而頂點(diǎn)氧則在另一個(gè)平面上。

Al-O八面體

鋁氧八面體由六個(gè)O或OH原子和配位原子Al組成、鎂或鐵位于八面體的中心，是六配位的。相鄰的八面體共用一條邊，頂部的O或OH結(jié)合形成八面體平行的頂面和底面，底面上的投影為六邊形環(huán)。

層板結(jié)構(gòu)

蒙脫石穿過硅層間（鋁）氧以共價(jià)鍵結(jié)合，鋁氧層中的鋁原子在成巖過程中被低價(jià)原子如鎂原子取代，因此配位氧的電負(fù)性無法得到補(bǔ)償，從而在層壓板上形成永久性負(fù)電荷位點(diǎn)，這些位點(diǎn)通過吸收層間陽離子實(shí)現(xiàn)電荷中和。脫礦作用的特殊片層結(jié)構(gòu)使片層空間可進(jìn)入，從而賦予蒙脫石獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)例如，在合成一些環(huán)境功能材料的過程中，利用這種受限空間原位合成的材料具有極小的粒徑、極高的反應(yīng)性等特點(diǎn)。

由于構(gòu)成蒙脫石的八面體片層中的同構(gòu)取代，蒙脫石的結(jié)構(gòu)層帶負(fù)電荷，相應(yīng)數(shù)量的陽離子和水分子將不可避免地出現(xiàn)在層間，從而導(dǎo)致膨脹和收縮。此外，結(jié)構(gòu)單元層之間通過范德華力連接，結(jié)合力弱，結(jié)構(gòu)松散，在一定剪切力作用下容易滑動(dòng)甚至剝離，水和其他極性分子或離子容易進(jìn)入層內(nèi)進(jìn)行交換、物理和化學(xué)反應(yīng)，如吸附，使晶格沿堆疊方向膨脹，層間距增加，因此蒙脫石的C軸尺寸不固定，吸水后體積膨脹，脫水后體積收縮。

蒙脫石呈白色帶淺灰色，有時(shí)帶淺藍(lán)色或淺紅色，光澤暗淡，顆粒細(xì)小，呈膠狀分散特征，通常呈塊狀或土狀集合體。在電子顯微鏡下，晶體通常呈不規(guī)則形狀。蒙脫石具有很強(qiáng)的吸附能力和離子交換能力，呈高度膠狀、可塑性和粘結(jié)力。各種富鋁硅酸鹽礦物在堿性條件下可通過風(fēng)化熱液蝕變或沉積變質(zhì)作用形成蒙脫石。

陽離子交換性

陽離子交換是蒙脫石最重要的性質(zhì)之一。吸附在蒙脫石層間的陽離子是可交換的。在水介質(zhì)中，其他可交換的陽離子和水分子可以進(jìn)入層間，并且這一過程是可逆的。通過陽離子交換對(duì)蒙脫石進(jìn)行改性，可以制備鈉基膨潤土、鋰基蒙脫石、活性白土、柱撐蒙脫石、有機(jī)蒙脫土等產(chǎn)品。蒙脫石陽離子交換的主要原因有兩個(gè)，即晶格置換和鍵斷裂。晶格置換引起的陽離子交換占主導(dǎo)地位，約占總量的80%其中八面體晶格中的置換是主要的，因?yàn)榘嗣骟w晶片離層間陽離子較遠(yuǎn)，所以它對(duì)陽離子的結(jié)合能力較弱，更容易被交換。鍵斷裂產(chǎn)生的負(fù)電也通過吸附陽離子來平衡，這隨蒙脫石的粒徑和溶液的pH值而變化。

吸水膨脹性

蒙脫石含有大量的羥基，親水性強(qiáng)，吸水膨脹特性顯著。其膨脹的主要原因是基于層間陽離子的水合作用，它吸收水分子形成水合膜，增加了層間間距并膨脹。蒙脫石的水化膨脹主要包括三個(gè)階段：1）表面水合作用，蒙脫土結(jié)構(gòu)表面和端面存在大量不飽和斷鍵，如i-OH、Al-哦等等水分子可以通過與水分子形成氫鍵或通過吸附可交換陽離子而被吸附。2）電離層間可交換陽離子水合形成水合陽離子。3）滲透水化后，層間距增加到一定程度，由于晶體層內(nèi)外離子濃度的差異，水分子進(jìn)入層間，陽離子擴(kuò)散到水中，形成雙電層，產(chǎn)生斥力，增加層間距并引起膨脹。在上述三種水合方法中，后兩種是主要的。

分散懸浮性

由于蒙脫石結(jié)構(gòu)單元層間的結(jié)合力較弱，水分子容易滲入層間，增加層間間距，使層間分散剝離。蒙脫石在水溶液中水合后以膠體形式充分分散。一方面蒙脫石顆粒細(xì)小，另一方面水分子可以進(jìn)入層間，使蒙脫石晶體層間因靜電排斥而相互分離。在水介質(zhì)中，由于蒙脫石顆粒帶負(fù)電荷且相互排斥，在低濃度下難以形成大顆粒聚集體，因此具有良好的可懸浮性，可用作懸浮劑一般來說，懸浮性隨著pH值的增加而增加，并且在堿性條件下比在中性和酸性條件下更好。

增稠性

當(dāng)蒙脫石與水混合時(shí)，表面水合能和陽離子水合能大于層間吸引力，使蒙脫石體積膨脹并形成獨(dú)立的片晶。在蒙脫石片層邊緣，由于鋁氧鍵和硅氧鍵的斷裂，片層端面帶正電荷，可以吸引表面的負(fù)電荷，邊緣和表面相互關(guān)聯(lián)，形成巨大的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。將水分子、乳膠顆粒被包裹隔離，增加了運(yùn)動(dòng)阻力，從而達(dá)到增稠效果。隨著時(shí)間的延長，這種膠體結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。當(dāng)施加剪切力時(shí)，膠體結(jié)構(gòu)被破壞，相互吸引的片層被分散，從而減少了顆粒運(yùn)動(dòng)的阻力，降低了體系的粘度。帶電粒子，如分散劑六偏磷酸鈉，可以吸附在蒙脫石的端面上，以中和邊緣的正電荷，從而破壞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。加入正電荷可以中和酸陰離子，恢復(fù)端面的正電荷，重新形成膠體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增加粘度。

穩(wěn)定性

蒙脫石是一種天然無機(jī)礦物材料，具有良好的穩(wěn)定性和耐候性。1）化學(xué)穩(wěn)定性好，蒙脫石不溶于水和各種溶劑，在室溫下不能被還原、氧化，耐酸堿度范圍廣，且其結(jié)構(gòu)不易受酸的影響、堿、鹽等的影響，帶有有機(jī)陰離子、醇類溶劑等具有良好的相容性。2）熱穩(wěn)定性好，脫羥基溫度是評(píng)價(jià)蒙脫石熱穩(wěn)定性的一個(gè)尺度，反映了其熱穩(wěn)定性。蒙脫石的脫羥基溫度一般為550℃-在750℃時(shí)，結(jié)構(gòu)羥基被去除但層結(jié)構(gòu)未被破壞，表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性。3）生物穩(wěn)定性好，蒙脫石不受細(xì)菌影響、微生物等，它的懸架在炎熱和潮濕的條件下，特別是在潮濕的環(huán)境或夏季30-在40℃的高溫下放置，不容易發(fā)霉變質(zhì)，不會(huì)出現(xiàn)像纖維素一樣的情況、黃原膠和其他有機(jī)增稠劑、氣味和粘度降低，優(yōu)異的耐腐蝕性和抗降解性。

吸附特性

比表面積和離子交換性能是影響蒙脫石吸附性能的兩個(gè)重要因素。蒙脫土具有細(xì)顆粒和大的內(nèi)部比表面積，同時(shí)，由于表面上的鋁醇基（Al-OH）硅烷醇不平衡形成各種活性位點(diǎn)（Lewi acid and Berntein acid）這些特性決定了蒙脫石顆粒的表面、晶體層中存在一些吸附位點(diǎn)。蒙脫石對(duì)污染物的吸附可分為物理和化學(xué)兩個(gè)方面、化學(xué)和離子交換吸附常用于吸附有害細(xì)菌及其毒素、霉菌毒素、重金屬離子和農(nóng)藥等。

有害細(xì)菌及其毒素的吸附

大多數(shù)有害細(xì)菌表面帶有負(fù)電荷，而蒙脫石晶體層含有許多帶正電荷的金屬陽離子，因此它們可以通過靜電引力和分子間力物理吸附有害細(xì)菌，降低其生物利用率，最終通過腸道蠕動(dòng)排出體外。蒙脫石對(duì)有益菌的吸附作用可能較弱，吸附腸道有害菌后有利于有益菌的生長繁殖。

蒙脫石

固定霉菌毒素

蒙脫石對(duì)黃曲霉毒素、尖孢鐮刀菌4號(hào)-烯醇等許多霉菌毒素具有化學(xué)吸附作用，可減少其對(duì)畜禽的負(fù)面影響。蒙脫石吸附、霉菌毒素固定化的主要機(jī)理：通過分子間力、靜電吸附和表面吸附力將轉(zhuǎn)化霉菌毒素分子結(jié)構(gòu)中包含的極性基團(tuán)（如氨基、羥基）或可極化基團(tuán)（如苯基等）固定在蒙脫石多孔結(jié)構(gòu)中；同時(shí)，具有剛性平面分子結(jié)構(gòu)的霉菌毒素也可以進(jìn)入蒙脫石的內(nèi)表面并與其晶體層中的金屬陽離子相互作用，從而使固定的霉菌毒素不易脫附并形成穩(wěn)定的霉菌毒素-蒙脫石復(fù)合體和霉菌毒素的生物利用度降低，形成的復(fù)合體可以排出體外。

吸附重金屬

蒙脫石利用其離子交換吸附作用吸附日糧中的重金屬，有效降低了重金屬對(duì)畜禽的危害。此外，蒙脫石可以吸附水中的重金屬，有利于防治水中重金屬污染。

吸附農(nóng)藥

農(nóng)藥在蒙脫石礦物中存在多種吸附模式，這也是農(nóng)藥的重要環(huán)境化學(xué)行為當(dāng)農(nóng)藥分子強(qiáng)烈吸附在蒙脫石礦物的層間域時(shí)，其生物活性和微生物降解作用會(huì)減弱。蒙脫石層間域的這一特性對(duì)農(nóng)藥分子在環(huán)境中的演化具有重要意義有可能積極研究粘土礦物與土壤和農(nóng)藥之間的相互作用機(jī)理，以優(yōu)化新農(nóng)藥、減少農(nóng)藥的使用和減少農(nóng)藥對(duì)環(huán)境和地下水的污染提供科學(xué)依據(jù)。

改性蒙脫石

蒙脫石與層間陽離子以靜電形式吸附，遵循庫侖 定律，即離子電荷越多，吸引力越強(qiáng)。因此，蒙脫石的水化性能與層間可交換陽離子密切相關(guān)通常，離子的價(jià)態(tài)越低，水合性能越好。蒙脫石鈉化后，鈉化蒙脫石具有更好的水分散性、懸浮性、膨脹性、增稠和潤滑性等，所以它的用途更廣泛。

提純膨潤土以獲得更高含量的蒙脫石有兩種方法，干法和濕法。干法是選礦的主要方法，適用于蒙脫石80%上述膨潤土選礦工藝流程簡單產(chǎn)能大，但產(chǎn)品質(zhì)量難以控制。自20世紀(jì)70年代以來發(fā)展了濕法選礦，該方法適用于蒙脫石30%~80%該方法提純低品位膨潤土，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。測(cè)試結(jié)果表明蒙脫土含量為65%經(jīng)過三級(jí)提純后，蒙脫石含量提高到90%左右。濕法凈化工藝沒有粉塵飛揚(yáng)，但耗水量大，生產(chǎn)周期長，成本高，因此難以大規(guī)模生產(chǎn)，但其凈化后的產(chǎn)品用于精細(xì)化學(xué)品、輕工日化等高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)可獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。濕法提純的主要缺點(diǎn)是蒙脫石的最終含量僅為90%關(guān)于，可以和因?yàn)樗蟹浅Ｉ倭康膽?yīng)時(shí)長石云母和其他雜質(zhì)。

醫(yī)藥應(yīng)用

蒙脫石在醫(yī)學(xué)上可用作藥物載體。蒙脫石散可用于治療消化系統(tǒng)疾病。蒙脫石也是一種優(yōu)秀的止血?jiǎng)┟擅撌w粒細(xì)小，可在出血面聚集形成以蒙脫石顆粒為核心的血凝塊，還可激活低濃度凝血因子，加強(qiáng)消化道出血的局部止血。蒙脫石是一種天然的粘液穩(wěn)定劑，可與消化道粘液蛋白結(jié)合， 可使粘液體積、質(zhì)量、凝聚力和彈性增加， 保護(hù)和修復(fù)消化道粘膜。同時(shí)，由于蒙脫石晶體層可以在動(dòng)物消化道中滑動(dòng)打開并延伸，因此可以形成連續(xù)的保護(hù)膜。

畜禽生產(chǎn)

蒙脫石可以緩解霉菌毒素、重金屬、有害細(xì)菌和其他對(duì)動(dòng)物健康和生產(chǎn)的負(fù)面影響同時(shí)，在日糧中添加蒙脫石可以改善畜禽的腸道健康，降低腹瀉率，減少氧化鋅的使用，改善畜禽的生長或生產(chǎn)性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量和增強(qiáng)機(jī)體的健康水平。還可用作養(yǎng)殖環(huán)境的消毒劑等改善培養(yǎng)環(huán)境，降低感染風(fēng)險(xiǎn)。然而，日糧中過量添加蒙脫石會(huì)對(duì)動(dòng)物的健康和生產(chǎn)性能產(chǎn)生負(fù)面影響蒙脫石具有膨脹性，當(dāng)它與水接觸時(shí)，會(huì)形成一種面團(tuán)狀的粘性結(jié)構(gòu)物質(zhì)，其體積可以增加幾倍，這將減緩食糜在胃中的循環(huán)速度，并可能使動(dòng)物在身體上感到飽脹，從而減少進(jìn)食量。蒙脫石罐頭t為畜禽提供額外的營養(yǎng)物質(zhì)，但添加高水平的蒙脫石會(huì)導(dǎo)致日糧營養(yǎng)物質(zhì)的稀釋，因此動(dòng)物可以 我得不到足夠的營養(yǎng)；同時(shí)，蒙脫石可能會(huì)吸附腸道中的一些營養(yǎng)物質(zhì)（如礦物元素、維生素等），降低營養(yǎng)物質(zhì)的利用率。蒙脫石含有氧化鈣等物質(zhì)，與水接觸后產(chǎn)生放熱反應(yīng)，畜禽食用時(shí)可能引起口腔、舌頭灼熱悲傷，降低了飼料的適口性。

日用品應(yīng)用

鈣基蒙脫石可以作為填料直接添加到日化產(chǎn)品的配方中，利用其優(yōu)異的流變性能還可以將其用于洗面奶等皮膚清潔產(chǎn)品中、沐浴露等，面膜等護(hù)膚品、乳液、面霜洗發(fā)水等護(hù)發(fā)產(chǎn)品、發(fā)蠟和牙膏、洗滌劑等產(chǎn)品具有良好的吸附性、清潔、懸浮、觸變、增稠、穩(wěn)定、改善膚感等作用。

環(huán)境保護(hù)

粘土含有豐富的礦物資源，具有特殊的吸水性、可塑性、附著力和強(qiáng)離子交換性，在環(huán)境治理中，可用于污水凈化油污處理廢塑料處理、城市垃圾處理空氣凈化和放射性廢物處理等。利用蒙脫石的吸附作用，可以吸附污水中的陽離子和有機(jī)污染物，達(dá)到環(huán)保的效果。

建筑工程

在建筑工程中，蒙脫土可以代替昂貴的白炭黑作為橡膠填料。膨潤土在涂料中主要起防沉降作用、抗流掛、改善施工性、調(diào)節(jié)流變性能等，可用于水性油墨、家具漆、工業(yè)漆和建筑涂料等。此外，鈣基蒙脫石遇水后體積會(huì)膨脹，具有疏水性。因此，由鈣基蒙脫石制成的防水材料是永久性的、高度密實(shí)性、自保水性能好、對(duì)人體無害等優(yōu)點(diǎn)。