伊利石_一種前景廣闊的新型粘土礦物材料

1、伊利石 :一種前景廣闊的新型粘土礦物材料李曉敏1 ,寇曉威2( 1 . 長(zhǎng)春科技大學(xué) 材料學(xué)院 ,吉林 長(zhǎng)春 130026 ; 2 . 吉林地勘局 第三地質(zhì)調(diào)查所 ,吉林 四平 136000)摘要 :伊利石是一種富鉀 、高鋁的層狀含水硅酸鹽礦物 ,是近幾年來才逐漸受到重視的新型粘土礦物材料 。不同品質(zhì)的伊利石可分別用作陶瓷制品的原配料 ,造紙用涂布粒等 。經(jīng)改性后的活性伊利石粉可作為橡塑制品的填充料 。以優(yōu)質(zhì)伊利石為原料制取鉀肥 ,同時(shí)還可獲得 4A 沸石 、凈水劑等多種副產(chǎn)品 。伊利石的深層次開發(fā)具有廣闊的市場(chǎng)前景 。關(guān)鍵詞 :伊利石 ;粘土礦物 ;材料中圖分類號(hào) : TU521 . 3 文

2、獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 文章編號(hào) :1004 - 5589 (2000) 04 - 0346 - 041概述伊利石 (illite) 是一種富鉀的層狀含水硅酸鹽類粘土礦物 ,因最早 ( 1937 年) 發(fā)現(xiàn)于美國(guó)伊利島而得名 。目前 ,對(duì)伊利石在礦物學(xué)中的歸屬 ,學(xué)術(shù)界意見還不盡一致 。一種意見將伊利石認(rèn) 定 為 水 白 云 母 族 的 水 白 云 母 , 化 學(xué) 式 為 K1 - x ( H2 O ) x Al2 Al Si3 O10 ( O H ) 2 - x( H2 O) x ,其呈膠體分散狀的水白云母即為伊利石1 ;而另一種方案則將伊利石直接劃分為6 . 5 - 7 Al1 - 1 . 5 O

3、20 ( O H) 4 2伊利石族 ,化學(xué)式為 K1 - 1 . 5 Al4 Si。在對(duì)伊利石進(jìn)行開發(fā)利用時(shí) ,其化學(xué)式常被簡(jiǎn)化為 K < 1Al2 (Al ,Si) Si3 O10 ( O H) 2 ·n H2 O 3 ,僅指一種不具膨脹性的 、二八面體結(jié)構(gòu)型以粘土粒級(jí) (約 2 m) 產(chǎn)出的類云母礦物 ,化學(xué)成分以含鋁 、鉀為特征 。 盡管上述伊利 石 的 化 學(xué) 分 子 式 有 些 差 異 , 但 其 核 心 是 一 致 的 , 即 伊 利 石 礦 石 必 含 鉀( K2 O :6 %9 %) 和富鋁 (Al2 O3 : 30 %35 %) 。伊利石與白云母的主要區(qū)別是四

4、面體層中的硅鋁比大于 31 ,而與水云母的主要區(qū)別是不含層間水3 。伊利石為單斜晶系 ,常呈致密 塊狀或鱗片狀塊體產(chǎn)出 ,白色 ,常因含雜質(zhì)而呈黃 、綠等色調(diào) ,較純的原巖多為油脂光澤 ,新 鮮伊利石摩氏硬度為 1 ,放置后因脫水硬度可增加至 2 , 001解理完全 ,比重 2 . 52 . 8 ,粒 度一般為 2m ±,具滑感 ,不具膨脹性和可塑性 ,其熱膨脹性較為特殊 ,隨著處理溫度的升 高 ,表現(xiàn)為收縮 、急劇膨脹再急劇收縮 。伊利石的成因主要為風(fēng)化型 、沉積型及熱液蝕變型 , 因常與石英 、白云母 、綠泥石 、絹云母 、黃鐵礦等共生或伴生 ,而使其利用品質(zhì)降低 。2伊利石的技

5、術(shù)性能指標(biāo)我國(guó)對(duì)于伊利石的開發(fā)應(yīng)用研究起步較晚 ,利用層次較淺 ,多數(shù)僅作為原礦出口 ,如溫州地區(qū)的伊利石主要銷往日本 。在 1986 年出版的非金屬礦產(chǎn)品應(yīng)用指南中還未將伊利石作為非金屬礦產(chǎn)品或原料 。在 1992 年出版的非金屬礦工業(yè)手冊(cè)僅給出了伊利石粘土 的一般工業(yè)要求 : 礦石硬度要小 , 白度要高 ; 化學(xué)成分中 Al2 O3 、K2 O 、H2 O 含量越高越好 ,收稿日期 :2000 - 03 - 27作者簡(jiǎn)介 :李曉敏 ,女 ,1967 年生 ,講師 ,博士生 ,從事礦物巖石材料及地球化學(xué)研究 1( Fe2 O3 + TiO2 ) < 0 . 8 % ,Al2 O3 &g

6、t; 26 % , K2 O > 4 % , SiO2 < 54 % ; 白度 > 84 % ; 中國(guó)建筑材料及設(shè)備進(jìn)出口公司伊利石粘土的出口質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) ( 表 1) 。1993 年非金屬礦產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)手 冊(cè)4 中給出了不同利用層次的伊利石的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) ( 表 2) ,而國(guó)家對(duì)伊利石的質(zhì)量要求 ,尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 。表 1 建材及進(jìn)出口伊利石粘土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ta ble 1 The qual ity standard of ill ite exported by The Import and Export Company of construction materials and equ

7、ipment of China化 學(xué) 成 分 / %產(chǎn)地 SiO2 Al 2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 浙江甌海浙江開化 浙江春安45 . 6862 . 9054 . 9036 . 0130 . 9029 . 700 . 220 . 971 . 190 . 290 . 800 . 400 . 110 . 806 . 509 . 850 . 20表 2Ta ble 2伊利石的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) ( %)The qual ity standard of ill ite品級(jí)Al2O3K2OSiO2TiO2 + Fe2O3白度粒度陶瓷級(jí)化肥級(jí) 出口級(jí)262632476< 0 . 8

8、< 0 . 8< 1 . 02 m< 5485隨著伊利石利用層次的加深 ,伊利石的工業(yè)指標(biāo)也隨之提高 ,除了對(duì)伊利石化學(xué)成分(有益 、有害) 的指標(biāo)有所要求外 ,根據(jù)不同的應(yīng)用目的 ,對(duì)其粒度 、白度等物性指標(biāo)也有不同 的要求 ,如長(zhǎng)春造紙廠利用伊利石作涂布料生產(chǎn)銅版紙 ,要求伊利石粉純度 > 98 % ,粒度小于 2 m 者 > 95 % 。伊利石的綜合利用現(xiàn)狀3隨著對(duì)伊利石認(rèn)識(shí)的深入 ,全球?qū)σ晾男枨罅吭谌找嬖黾?,據(jù)美國(guó)礦業(yè)局預(yù)測(cè) ,全球?qū)σ晾男枨罅棵磕陮⒁?1 . 5 %的速度遞增 。日本等國(guó)家對(duì)伊利石的開發(fā)利用起步較 早 ,主要用于涂料 、陶瓷等

9、行業(yè) ,僅我國(guó)溫洲地區(qū)伊利石原礦粉向日本的出口量就呈逐年增 長(zhǎng)趨勢(shì) ,1984 年為每年出口 6 000 t ,1989 年增至每年 1 . 5 萬 t ,而到 1995 年已超出年出口 量 2 . 5 萬 t 5 。近年來 ,我國(guó)對(duì)伊利石的采選 、增白 、改性等綜合研究及深層次開發(fā)利用已經(jīng)開展起來 ,根據(jù)伊利石原礦品質(zhì)的差異 ,經(jīng)不同程度和方式的深加工 ,伊利石可作不同層次的應(yīng)用 。陶瓷制品的原料或配料 伊利石鋁含量高 ,能提高陶瓷制品強(qiáng)度 。由于含有較高的氧 化鉀 ,以 5 %8 %的配料量加入陶瓷制品中 ,即可降低燒成溫度 2030 ,節(jié)約能源 。用伊利石作配料燒制的“瑪賽克”、電瓷制品

10、色澤晶潤(rùn)6 ,劈裂飾面磚色澤天成 ,無需施釉 ,裝飾 效果極佳7 。對(duì)于“瓷土級(jí)”伊利石的工業(yè)指標(biāo) 要 求 較 低 , 一 般 Al2 O3 26 % , K2 O 4 % ,( TiO2 + Fe2 O3 ) < 0 . 8 % ,白度 > 65 % ,這為多數(shù)硬質(zhì)或劣質(zhì)伊利石的開發(fā)應(yīng)用指明了方向 。造紙用的涂布料 伊利石具有較好的吸附性 、細(xì)膩性 、易碎性和白度 ,是很好的造紙涂 布料 ,在一定程度上可取代高嶺土 。另外 ,伊利石的遮蓋性好 ,不透明 ,可作薄型低定量紙的 涂布料 ,這種低定量涂布紙可兩面印刷 ,互不滲透 。如長(zhǎng)春造紙廠用伊利石作涂布料生產(chǎn)銅版紙 ,涂布試驗(yàn)結(jié)果

11、表明 ,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)工業(yè)要求 。其中平滑度 、光澤度 、二甲苯吸收性好 ,不脫粉分層 ,無氣泡 ,平滑度好等優(yōu)點(diǎn) ,可與使用進(jìn)口涂料的北京造紙廠生產(chǎn)的銅版紙媲美3。伊利石用于造紙涂布料 ,對(duì)其技術(shù)指標(biāo)要求也隨之提高 : 伊利石粉純度 > 98 % ( 白度隨之提高) ,粒度小于 2m 者 > 95 % 。橡塑制品的填料 軟質(zhì)伊利石天然粒度細(xì)小 ,分散性好 ,Cu 、M n 等有害元素含量低 ,礦 石易于粉碎 、加工 ,是具有很好應(yīng)用前景的橡塑制品填充料之一 。用作填充料的伊利石一般有兩種 :經(jīng)一般選礦處理得到的普通伊利石粉和對(duì)普通伊利 石粉進(jìn)行表面改性處理后得到的活性伊利石粉

12、。鄭州市輪胎廠及鄭州市塑料五廠對(duì)這兩種伊利石粉分別進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)研究 。結(jié)果表明 ,普通伊利石粉在基本性能上優(yōu)于陶土 、輕質(zhì) 碳酸鈣 ,且在內(nèi)胎膠中可以代替超細(xì)活性輕質(zhì)碳酸鈣使用 ;活性伊利石粉在基本性能上優(yōu)于超細(xì)活性輕質(zhì)碳酸鈣 ,接近或達(dá)到 (部分超過了) 炭黑 ,在輪胎內(nèi)層簾布膠中完全可以代替炭 黑使用 ;用普通伊利石粉作填料所拉出的 110 ×1 . 8 型 H - PV C 薄壁管材的三種定量機(jī)械 力學(xué)性能 (拉伸屈服力 、液壓爆破力和斷裂伸張率) 都超過了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) ,且明顯超出了用輕質(zhì) 碳酸鈣作填料拉出的管材 ,其他的定性參數(shù)也全部達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)8 ,9 ,11 ,12 。當(dāng)

13、前 ,橡塑行業(yè)年消耗工業(yè)炭黑 50 萬 t 以上 ,年消耗普通無機(jī)填料千萬噸以上10 ,加 之其它行業(yè)的消耗 ,填料的市場(chǎng)需求量相當(dāng)大 ,因此伊利石作為橡塑制品的填充料 ,有著相當(dāng)巨大的開發(fā)潛力 ?；使I(yè)原料 我國(guó)化肥工業(yè)可溶性鉀資源貧乏 ,幾十年來 ,研究者一直致力于包括伊 利石在內(nèi)的硅酸鉀巖的鉀提取 。隨著技術(shù)手段的不斷改進(jìn) ,伊利石作為原料生產(chǎn)鉀肥的成 本大大降低 ,工業(yè)化生產(chǎn)成為可能 。伊利石含鉀高 ,通過不同的工藝流程 ,可制得鉀鈣肥 、鉀 氮肥 、鉀氯混合肥等不同鉀復(fù)合肥及多種不同的副產(chǎn)品 。如用優(yōu)質(zhì)伊利石為原料生產(chǎn)鉀氮肥 ,以 1 萬 t 伊利石原礦計(jì) ,獲得 0 . 6 萬

14、t 伊利石精礦 ,即可制得鉀氮肥 0 . 25 萬 t ,4A 沸石0 . 35 萬 t ,凈水劑 0 . 4 萬 t 及白炭黑等 。目前我國(guó)自產(chǎn)鉀肥量不能滿足農(nóng)業(yè)需求 ( 僅 21 %±) ,長(zhǎng)期依賴進(jìn)口 ,市場(chǎng)前景廣闊 ?，F(xiàn)在全球環(huán)保呼聲甚高 ,國(guó)家強(qiáng)烈禁止含磷洗滌劑的使 用 ,4A 沸石代替三聚磷酸鈉更符合環(huán)保的要求 ,其它的副產(chǎn)品也有著廣闊的市場(chǎng)前景 。其它方面伊利石無毒無臭 ,質(zhì)軟滑膩 ,且呈絲絹光澤 ,分散性好 ,附著力強(qiáng) ,具有反射紫外線的能力 ,可代替滑石粉用于化妝品中 ,同時(shí)伊利石的 p H 值一般為 67 ,化學(xué)性能穩(wěn) 定 ,礦物組分簡(jiǎn)單 ,不含對(duì)人體有害的成分

15、。伊利石具有較強(qiáng)的附著力 ,耐沖刷 ,很宜于作建筑涂料 ;還可用于石油脫色 ,經(jīng)活化處理的伊利石脫色能力更強(qiáng) ;伊利石處理原子能 (放射性) 半衰期長(zhǎng)的鍶 、銫的同位素廢物有獨(dú)特 的吸附固定能力 ,也是一種良好的環(huán)保礦物材料 。由于伊利石具有較好的化學(xué)惰性 ,電絕緣性 、絕熱性及隨溫度升高體積膨脹的特性 ,可作為一種新型的傳壓介質(zhì)材料 ,尤其在合成金 剛石工業(yè)上 ,其性能在某些方面已經(jīng)優(yōu)于葉臘石 ,其鈦 、鐵雜質(zhì)對(duì)合成金剛石不但無害 ,且為 有益的添加劑 ,同時(shí) ,所需合成功率下降 ,有利于節(jié)能16 ,17 。伊利石綜合利用前景展望4伊利石是一種有著廣闊應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力的粘土礦物資源 ,在化

16、肥 、橡塑 、造紙 、陶瓷等許多行業(yè)都占有重要的位置 ,隨著合理選礦流程的選擇 , 深加工改性12 ,13 , 除鐵14 、增 國(guó)土資源部吉林地勘局第三實(shí)驗(yàn)室. 伊利石提取鉀肥及聯(lián)產(chǎn) 4A 沸石等綜合利用小試成果報(bào)告 ,1999白15,超微粉加工等多方面技術(shù)的改善和提高 ,不同品質(zhì)的伊利石資源必將得到最科學(xué) 、最合理的綜合開發(fā)利用 。我國(guó)的伊利石資源比較豐富 ,近年來 ,浙江 、甘肅 、河南 、吉林等地都有多處大型伊利石礦床被發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行勘查 。從單純的低價(jià)原礦出口 ,到深層次 、多方面的綜 合開發(fā)利用 ,不僅可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益 ,更符合全球性的資源保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的 宗旨 ,因此 ,必

17、將產(chǎn)生更加良好的社會(huì)效益 。參考文獻(xiàn) :王濮 ,潘兆櫓 ,翁玲寶 . 系統(tǒng)礦物學(xué) (中冊(cè)) M . 北京 :地質(zhì)出版社 ,1984 . 458459 .潘兆櫓 ,趙愛醒 ,潘鐵虹 . 結(jié)晶學(xué)及礦物學(xué) (下冊(cè)) M . 北京 :地質(zhì)出版社 ,1993 . 170171 .胡兆楊 ,劉紹斌 ,莫如爵 ,等 . 非金屬礦工業(yè)手冊(cè) (上冊(cè)) M . 北京 :冶金工業(yè)出版社 ,1992 . 102103 .樊素蘭 . 非金屬礦產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè) M . 北京 :地質(zhì)出版社 ,1993 . 38 .彭勇軍 ,李清梅 ,許時(shí) . 我國(guó)伊利石礦的開發(fā)和應(yīng)用現(xiàn)狀 J . 礦產(chǎn)保護(hù)與利用 ,1995 ,15 (3)

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