凹凸棒石，又稱(chēng)坡縷石，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，是我國(guó)特色非金屬礦產(chǎn)資源。
1、凹凸棒石的分類(lèi)
沉積成因的凹凸棒石有兩種形成方式：
一是凹凸棒石從富鎂硅鋁弱堿性水溶液中直接結(jié)晶形成；
二是蒙脫石與富鎂孔隙液的反應(yīng)，鎂離子進(jìn)入蒙脫石結(jié)構(gòu)，逐步從層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)殒湆訝罱Y(jié)構(gòu)硅酸鹽。
依據(jù)與凹凸棒石共生的主要礦物不同，把凹凸棒石黏土礦石劃分為4類(lèi)：
?。?）高品質(zhì)凹凸棒石
凹凸棒石含量大于85%，主要雜質(zhì)為微米級(jí)碎屑石英、長(zhǎng)石，以及少量自生蛋白石和白云石。
?。?）蛋白石凹凸棒石
主要礦物組分是凹凸棒石和蛋白石，蛋白石含量大于35%，主要雜質(zhì)為自生白云石和蒙脫石。
（3）白云石凹凸棒石
富含白云石、凹凸棒石，含有少量的蛋白石，白云石含量大于35%。白云石微米-亞微米粒徑，具有納米孔結(jié)構(gòu)特征，凹凸棒石與白云石鑲嵌共生。
?。?）蒙脫石凹凸棒石
主要礦物是凹凸棒石、蒙脫石，凹凸棒石＋蒙脫石含量大于85%，結(jié)構(gòu)特征是礦物轉(zhuǎn)化形成凹凸棒石蒙脫石復(fù)合體，具有較強(qiáng)的吸水膨脹性。
不同類(lèi)型的凹凸棒石黏土，其礦物組成、化學(xué)組成以及黏土的物理化學(xué)性質(zhì)在礦體橫向和縱向上都有很大變化，其加工利用必須按照礦石類(lèi)型分層開(kāi)采、分別加工處理和利用，這樣既可實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)礦石優(yōu)先利用于高附加值產(chǎn)品，避免資源的浪費(fèi)，又可實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用。
2、凹凸棒石的性能特點(diǎn)
由于凹凸棒石特殊的晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，使之具有特殊的應(yīng)用性能，例如膠體性能、吸附性能、補(bǔ)強(qiáng)性能和載體性能等。
?。?）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
凹凸棒石屬于納米棒狀晶體，沉積型凹凸棒石單個(gè)晶體直徑約30-50nm，納米礦物資源。凹凸棒石具有發(fā)育的蜂窩狀晶體內(nèi)孔孔道，孔道直徑為0.38nm×0.63nm，理論計(jì)算純凹凸棒石晶體外部比表面積為300m2/g，晶體內(nèi)部孔道的比表面積為600m2/g。
（2）吸附性能
吸附性能是凹凸棒石最重要的特性之一，但是一直以來(lái)對(duì)凹凸棒石吸附本質(zhì)認(rèn)識(shí)有很大的誤區(qū)。
凹凸棒石晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)孔孔道選擇性吸附水蒸汽、氨氣等極性水分子，具有分子篩的特性。其選擇性吸附水和氨一方面是由于這兩種分子直徑小可以進(jìn)入凹凸棒石晶體孔道，另一方面是這兩種分子都屬于極性分子，孔道內(nèi)的結(jié)晶水形成氫鍵結(jié)合。
由于凹凸棒石孔道較小，除了水、氨氣等極性小分子外，很多分子、離子，尤其是有機(jī)污染物都難以進(jìn)入凹凸棒石晶體孔道。因此，包括油脂脫色、糖液中色素凈化、水中有機(jī)污染物凈化、重金屬離子的吸附等應(yīng)用中，都是凹凸棒石晶體外表面吸附發(fā)揮了重要作用，是凹凸棒石納米礦物特性即納米效應(yīng)的體現(xiàn)。
?。?）膠體性質(zhì)
膠體性質(zhì)是凹凸棒石另外一個(gè)重要的性質(zhì)。由于凹凸棒石晶體結(jié)構(gòu)硅氧四面體位置鋁替代硅的量很少，八面體片中既有2價(jià)離子（Mg），又有3價(jià)離子（Al、Fe），屬于二八面體型和三八面體型之間的過(guò)渡類(lèi)型，可以通過(guò)八面體片中的離子空位平衡電荷。因此，凹凸棒石晶體結(jié)構(gòu)電荷很低，具有較低的離子交換容量，這與蒙皂石族礦物有巨大的差別，這是凹凸棒石黏土泥漿具有蒙皂石泥漿無(wú)法比擬的抗鹽性質(zhì)的本質(zhì)。
高度分散的納米棒狀凹凸棒石晶體在水懸浮液中靜置狀態(tài)下構(gòu)成端－面接觸、晶體交織的膠體體系，提高懸浮液黏度；在攪動(dòng)剪切力作用下打破端-面接觸、改變交織狀態(tài)，降低懸浮體系黏度。
凹凸棒石棒狀晶體排列方式受溫度、鹽度影響較小，這是凹凸棒石在水懸浮體系中具有增稠觸變的本質(zhì)原因。凹凸棒石膠體性能的認(rèn)識(shí)為凹凸棒石在增稠觸變膠體體系的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。
?。?）表面基團(tuán)及其反應(yīng)活性
根據(jù)理論計(jì)算和電位滴定實(shí)驗(yàn)測(cè)定，凹凸棒石等電點(diǎn)pH值大約4.5-5.0，通常地表環(huán)境的中性水溶液中凹凸棒石表現(xiàn)為帶負(fù)電荷。
凹凸棒石具有較高的表面積，表面溝槽和表面斷鍵在水中水化形成豐富的表面基團(tuán)，包括Si-OH、Mg-OH、Al-OH、Fe-OH；Si-O-、Mg-O-、Al-O-、Fe-O-、Si-OH2＋、Mg-OH2＋、Al-OH2＋、Fe -OH2＋。這些表面基團(tuán)與水中的各類(lèi)離子、有機(jī)物發(fā)生廣泛復(fù)雜的界面作用，29Si核磁共振分析結(jié)果顯示凹凸棒石表面還存在豐富的Q2（SiOH）基團(tuán)。
認(rèn)識(shí)凹凸棒石表面基團(tuán)及其反應(yīng)活性對(duì)理解凹凸棒石表面吸附、表面酸堿性質(zhì)至關(guān)重要，指導(dǎo)凹凸棒石表面改性、納米復(fù)合材料開(kāi)發(fā)研究。
來(lái)源：謝晶晶,陳天虎,劉海波,等.蘇皖地區(qū)凹凸棒石黏土的特征和應(yīng)用發(fā)展方向[J].硅酸鹽學(xué)報(bào), 2018,46(5): 746-753.
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