磷灰石（apatites）是一族以鈣磷酸鹽為代表的礦物，是磷肥工業(yè)與磷鹽化工的主要原料和磷元素的重要來源，按其通道離子組成可分為氟磷灰石、羥基磷灰石、氯磷灰石等，自然界中產(chǎn)出的主要是含微量Cl-或OH-的氟磷灰石。
近年來，隨著磷灰石晶體化學(xué)特征研究的深入進(jìn)行，其環(huán)境屬性的研究也得到了廣泛的重視，國內(nèi)外學(xué)者在磷灰石治理環(huán)境污染和修復(fù)環(huán)境失衡等方面進(jìn)行了積極的探索，具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。
1、磷灰石的環(huán)境屬性
磷灰石結(jié)構(gòu)中存在著廣泛的類質(zhì)同像替換，如Ca位替換、四面體替換、通道離子替換等，基于獨(dú)特的晶體化學(xué)特征，磷灰石族礦物具有孔道效應(yīng)、表面吸附、離子交換、化學(xué)活性、納米效應(yīng)、生物相容性等良好的環(huán)境屬性。
（1）孔道效應(yīng)
在磷灰石結(jié)構(gòu)中，由Ca（2）位置呈等邊三角形相間排列所構(gòu)成的平行于晶體c軸分布的孔道以及孔道中存在的可替換的附加陰離子所表現(xiàn)出的環(huán)境屬性，類似于大家熟知的天然沸石晶體結(jié)構(gòu)中由Si-O四面體構(gòu)建的孔道及孔道中可交換陽離子所表現(xiàn)出的并已得到廣泛利用的環(huán)境屬性。磷灰石的結(jié)構(gòu)孔道是水溶液體系中離子進(jìn)行交換和溶解擴(kuò)散的重要通道。黃志良等人曾采用天然磷灰石和Sol-Gel法合成的羥基磷灰石去除廢水中的F-，并取得了良好的去除效果，這也是磷灰石孔道效應(yīng)的具體體現(xiàn)。
磷灰石的孔道效應(yīng)是新近發(fā)現(xiàn)的，因此，它所理應(yīng)具有的分子篩、離子篩和孔道內(nèi)離子交換效應(yīng)，隨著研究的深入進(jìn)行和礦物表面與孔道測(cè)試技術(shù)方法的進(jìn)一步發(fā)展，會(huì)得到一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。
（2）表面吸附
吳大清等人認(rèn)為磷灰石對(duì)金屬離子具有很強(qiáng)的表面吸附能力，同時(shí)，磷灰石表面具有較強(qiáng)的親水性，與水溶液接觸時(shí)，發(fā)生表面脫氫作用，在其表面形成表面基——≡PO-、≡POH、≡CaOH等，這些基團(tuán)可進(jìn)一步與水溶液中有毒有害的金屬離子發(fā)生吸附反應(yīng)，形成表面絡(luò)合物。這一過程實(shí)質(zhì)上是表面基團(tuán)的質(zhì)子轉(zhuǎn)移，并伴隨著溶液中金屬離子占據(jù)耦合H位，形成表面絡(luò)合物。
（3）離子交換
由于磷灰石晶體結(jié)構(gòu)中存在著廣泛的類質(zhì)同像替換，磷灰石可作為無機(jī)晶格離子交換劑，用于去除水溶液體系中的毒性離子或離子基團(tuán)。
Xu等人認(rèn)為可用其表面晶格中的Ca2+與水溶液中的毒性陽離子Pb2+、Cd2+、Hg2+、Zn2+、Mn2+、Ba2+等廣泛發(fā)生交換作用，去除水中的這些離子，去除順序?yàn)镻b2+＞Cd2+＞Zn2+＞Mn2+＞Hg2+。
韓成等人也曾采用磷灰石及其變體交換吸附水溶液中的F-、CO32-、OH-等絡(luò)陰離子，并表現(xiàn)出了良好的離子交換性能。
（4）化學(xué)活性
磷灰石族礦物作為環(huán)境礦物材料的化學(xué)活性主要是表現(xiàn)在溶解-沉淀方面，它包括兩個(gè)過程，即磷灰石的溶解和溶度積更低的磷酸鹽礦物的沉淀。天然磷灰石去除水溶液中鉛離子的溶解-沉淀過程，就是受氟磷灰石和氟磷鉛石溶度積的差異來控制的。
（5）納米效應(yīng)
一般而言，粒徑越小比表面積越大，表面吸附反應(yīng)進(jìn)行的越快。通過控制Ca/P比而合成的結(jié)晶度較低的羥基磷灰石在水溶液中可表現(xiàn)出良好的納米效應(yīng)，能夠?yàn)槠鋮⑴c吸附反應(yīng)提供更加優(yōu)越的條件，這是因?yàn)榧{米尺度比起其他尺寸具有更多的物理化學(xué)性質(zhì)，如表面和界面效應(yīng)、臨界尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)等。Sol-Gel法合成的羥基磷灰石在去除水溶液中的F-時(shí)就表現(xiàn)出了這種納米效應(yīng)。
（6）生物相容性
含結(jié)構(gòu)碳酸根的羥基磷灰石是生物體中骨骼和牙齒的主要無機(jī)組成成分，人工骨、藥物的可降解載體、納米抗癌材料等都是磷灰石生物相容性的具體應(yīng)用，因此，磷灰石的研究和開發(fā)在醫(yī)學(xué)界也引起了廣泛的關(guān)注。同時(shí)，磷灰石還可作為生態(tài)資源材料（本身就與生態(tài)系統(tǒng)和諧的材料），這也是生物相容性的具體表現(xiàn)。
磷灰石的這些環(huán)境屬性在實(shí)際的應(yīng)用中往往是交叉滲透的，相互影響，相互依存，可能是某幾種屬性的綜合表現(xiàn)，同時(shí)也使得磷灰石作為一種新型的環(huán)境礦物材料在污染治理和環(huán)境修復(fù)等方面極具廣闊的應(yīng)用前景。
2、磷灰石在環(huán)境治理中的應(yīng)用
（1）核廢料處置
核廢料是一類危害巨大的特殊污染物，隨著核能源的大量開發(fā)與利用，開展核廢料的安全處置研究已日益成為一項(xiàng)緊迫的工作。對(duì)核廢料實(shí)行儲(chǔ)存與填埋處置是目前較為流行的一種方法，如何有效地防治核廢料的泄漏便成為關(guān)鍵性的問題。而磷灰石作為核屏蔽材料的研究最引人注目，這主要是由于它具有很強(qiáng)的化學(xué)和地質(zhì)穩(wěn)定性，能夠在晶格位置上廣泛地容納多種元素，目前，這方面的研究主要應(yīng)用于核反應(yīng)器內(nèi)作為填充材料或填加到混凝土中用以包裹反應(yīng)器。磷灰石對(duì)Sr、Mo、Re、Eu、La等放射性元素的吸附固化作用的研究也多見報(bào)道。
（2）水體污染治理
磷灰石對(duì)水體污染的治理主要著重于含重金屬離子工業(yè)廢水方面的研究。磷灰石對(duì)水溶液中的毒性重金屬離子具有比較廣泛的去除作用，F(xiàn)uerstenau等人曾采用結(jié)構(gòu)碳酸根含量較高、結(jié)晶性較差的天然磷灰石——膠磷礦對(duì)水體系中重金屬離子的去除效果進(jìn)行了較為系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，并指出磷灰石對(duì)Pb、Cd、Cu、Zn、Fe、Hg、Cr、Ni、Mg、Ba、U等均具有良好的去除效果，在合適的工藝條件下，去除率可接近100%。同時(shí)，磷灰石對(duì)水體中的氟離子也具有較好的去除效果。
筆者曾采用天然磷礦石對(duì)某冶煉廠工業(yè)廢水的治理效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：天然磷礦石對(duì)廢水中的Pb、Cd等重金屬離子有著明顯的去除作用。
（3）土壤污染治理
天然磷灰石可應(yīng)用于重金屬污染土壤的實(shí)地治理，對(duì)Pb、Cd、Zn等重金屬離子均具有良好的去除作用。在pH值為3~12的范圍內(nèi)，對(duì)土壤中Pb、Cd、Zn的去除率分別為62.3%~99.9%、20%~97.9%、28.6%~98.7%，并無二次污染。
（4）新型抗菌材料
載銀（銅、鋅、納米TiO2）系列羥基磷灰石制品，具有良好的抗菌功能，對(duì)多種常見菌種（如酵母菌、大腸桿菌和金黃色葡萄球菌等）具有高效的抗菌作用，是一種安全性高，不易揮發(fā)，不易分解，耐熱性好，對(duì)人體無害且能長效抗菌、防霉的功能性新材料。
可以相信，隨著對(duì)磷灰石環(huán)境屬性認(rèn)識(shí)和相關(guān)研究的加深，作為一種新型環(huán)境功能礦物材料，必將會(huì)拓寬磷灰石在環(huán)境保護(hù)事業(yè)中的應(yīng)用領(lǐng)域，前景廣闊！
參考資料：磷灰石晶體化學(xué)性質(zhì)及其環(huán)境屬性應(yīng)用，作者：胥煥巖等
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