凹凸棒土

凹凸棒石礦物幾乎遍及世界各地，但具有工業意義的礦牀所佔比例不大，僅限於美國、中國、西班牙、法國、土耳其、塞內加爾、南非、澳大利亞、巴西、以色列、沙特阿拉伯、瑞士、英國 、俄羅斯（伊爾庫茨克）、吉爾吉斯斯坦、哈薩克斯坦、烏克蘭、亞美尼亞、阿塞拜疆、白俄羅斯、尼泊爾等國，據不完全統計，世界探明儲量約14億噸。

1976年中國學者許冀泉等在江蘇省南京市六合區竹鎮小盤山發現該礦，許冀泉根據奧特堡之音同時兼顧該礦的晶體結構特徵，譯成凹凸棒石。1982年江蘇盱眙縣雍小山等發現凹凸棒石粘土礦，經江蘇地勘部門勘查評價，為大型礦牀規模。1984年在南京地質礦產研究所幫助下，安徽明光縣一帶也找到了凹凸棒石粘土，之後相繼在全國14個省區發現凹凸棒石粘土礦牀（點）。

盱眙地區的品位高、儲量大，該地區優質凹凸棒石粘土已探明儲量在6700萬噸以上，有用粘土總量達5億噸。

凹凸棒石粘土是指以凹凸棒石為主要組分的一種粘土礦物。凹凸棒石為一種晶質水合鎂鋁硅酸鹽礦物，具有獨特的層鏈狀結構特徵，在其結構中存在晶格置換，幫晶體中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+，晶體呈針狀，纖維狀或纖維集合狀。凹凸棒石具有獨特的分散、耐高温、抗鹽鹼等良好的膠體性質和較高的吸附脱色能力。並具有一定的可塑性及粘結力，其理想的化學分子式為Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O。具有介於鏈狀結構和層狀結構之間的中間結構。凹凸棒石呈土狀、緻密塊狀產於沉積岩和風化殼中，顏色呈白色、灰白色、青灰色、灰綠色或弱絲絹光澤。土質細膩，有油脂滑感，質輕、性脆，斷口呈貝殼狀或參差狀，吸水性強。濕時具粘性和可塑性，乾燥後收縮小，不大顯裂紋，水浸泡崩散。懸浮液遇電介質不絮凝沉澱。凹凸棒石形態呈毛髮狀或纖維狀，通常為毛毯狀或土狀集合體。莫氏硬度2—3，加熱到700～800°C，硬度>5。比重為2.05～2.32。

由於凹凸棒石獨特的晶體結構，使之具有許多特殊的物化及工藝性能。主要物化性能和工藝性能有：陽離子可交換性、吸水性、吸附脱色性，大的比表面積（9.6～36m2/g）以及膠質價和膨脹容。這些物化性能與蒙脱石相似。

凹凸棒石粘土具有陽離子可交換性，江蘇盱眙等地各類凹凸棒石粘土可交換鈣離子量為7.5～12.5mmol/100g，可交換鎂離子量2.5～7.5mmol/100g。經活化處理後，可交換陽離子量明顯提高。吸附脱色性能，其脱色力和凹凸棒石含量有關，含量越高脱色力越強，強吸水性和造漿性能等。

1、增稠性好。漆膜豐滿，開罐效果極佳；

2、懸浮性好。有效防止油漆、塗料沉澱、分層；

3、搖融性好。容易塗刷，在剪切力的作用下變稀，靜止後又變稠；

4、觸變性好。直接添加，有良好的相容性，無須改變工藝和配方；

5、流平性好。防縮孔和魚眼，不易流掛；

6、耐侯性好。具有較強的耐酸鹼性、耐腐蝕性和防黴性；

7、絕熱性好。耐高温，絕熱，絕緣；

8、環保性好。化學惰性，無污染，抑制微生物生長，吸收有毒揮發成分，綠色環保。 ^[1] 

由於凹凸棒石粘土具有的特殊的物理化學性質和工藝性能，使其在石油、化工、建材、造紙、醫藥、農業等方面得到廣泛應用。國內用量最大的是塗料、鑽井泥漿、食用油脱色。

我國凹凸棒石礦產資源儲量完全能滿足工業生產的需求，且與世界其他各國的資源屬性相比具有較明顯的性能優勢。凹凸棒石具有較好的長徑比和豐富的內孔道，既是較好的增強材料又具有阻燃作用，在高温下失去結構水而產生水蒸氣，可以阻隔氧氣，並能產生熱穩定性較好的以MgO、Al₂O₃為主的氧化物隔離層。姚超等以聚磷酸銨（APP）與三羥乙基異氰脲酸酯（THEIC）為膨脹阻燃劑（IFR），以凹凸棒石（Attapulgite, ATP）為協效劑，採用熔融共混法制備具有阻燃性能的高密度聚乙烯（HDPE）複合材料，通過對複合材料的紅外光譜、氧指數、熱失重和錐形量熱分析，得到ATP 對阻燃HDPE燃燒性能的影響條件。

結果表明：添加少量的ATP 能催化APP-THEIC 間的酯化反應， 提高了HDPE 的阻燃性能；HDPE、IFR、ATP 質量分數為70%、28%、2%的HDPE-IFR-ATP 複合材料其氧指數達30%，阻燃等級提高為V-0，體系的熱釋放速率峯值和總熱釋放量比HDPE、IFR 質量分數為70%、30%的HDPE-IFR複合材料分別降低了22.7%和26.7%。 ^[2] 

白雲石凹凸棒石粘土作為塗料的填充劑、流平劑、增稠劑和穩定劑，其性能好，成本低，可代替傳統的輕鈣。凹凸棒石塗料的塗膜在電鏡裏觀察，其晶體呈網狀排列，均勻地分佈在有機粘結劑中，所以塗膜耐洗擦。尤其是凹土在外力攪拌下分散性好，形成穩定的不被電解質破壞的懸浮液，使塗料不沉澱、不分層，與傳統的106塗料相比較，具有多種優越性：塗刷性能好，不流掛，節約鈦白粉的用量，還可作油漆的填料，牆板材料的填料，生產天花板牆壁板，其特點是：對水份接受、排放性能強，不膨脹不變形，粘結性能好，質輕韌性大，具有隔熱保暖、吸聲的作用，可防蟲蛀，抗垂度強，能適應空氣温度的變化，且不變形。

揉革，用凹土代替蘇打揉革，可節約20－30%貴重紅礬的用量，降低成本。揉制時間從6.2小時減少到4.2小時，揉出的革外觀好，彈性強，豐富、柔軟；也可作橡膠的填料，皮鞋底的填料，來增加除臭透氣能力，用凹土作為香型塑料花，釋放慢，保香時間長，成本低，柔軟不易破裂，造型美觀逼真。在造紙行業可作紙張加填和塗布顏料，主要用於凹版印刷，並可用於膠印、顏料、塗布紙和塗布紙板，造紙業正從酸式造紙向鹼性造紙轉化，隨着中性施膠技術的推廣，特別是塗布紙和紙板產量的增長，需求較大。作化肥廠制氣的煤球粘結劑，粘結力強，強度高，成本低，造氣率高，還可提高煤球固定碳含量，降低粉塵污染等。

凹土粉作為混合飼料的添加劑，以其特有的物理性能，能促進動物機體的新陳代謝，提高飼料轉化率，使動物食慾旺盛，皮毛豐潤，增重快，出欄早，降低飼養成本。同時還具有優良的吸附性，能有效地吸除動物的大腸肝菌、腸道毒素，起到防疫治病、除蟲殺菌的作用，並提供牲畜生長必要的微量元素；作為顆粒飼料的粘結劑，具有良好的粘結力，既降低了飼料生產成本，又可提高飼料的利用率，它能吸附魚塘中的氨離子，防水質污染，防腐臭。由於其比重輕，沉降速度慢，延長魚的食用時間，飼料利用率高，儲存期延長，外觀光滑；預混合飼料的生產技術要求較高，在國外被稱為飼料的核心，凹土作為預混飼料載體可節約大量的糧食，還可保持維生素等不會失效，微量元素不散失；作為複合肥粘結劑，造粒成型率高，時間短，所造顆粒強度高，表面光潔度好，保肥時間長，因此這種粘結劑，能提高生產能力，減少電耗，還可以節約滑石粉、氯化銨等高價原料的用量；以凹凸棒石作為農藥的懸浮劑和載體，生產特效農藥，可延長藥效，保質期長，並降低農藥生產成本；

作為染料的懸浮劑填料，具有不掉色，着色力強，耐擦洗，色彩鮮豔，生產成本低等優點，還可作紡織行業的塗布刮漿。作印花糊料，在紡織印染行業中，活性染料常用的印花糊料為海藻酸鈉。由於海藻酸鈉粘度大，質量不穩定，應用中常出現沾網、拖帶和錯位而影響產品質量，凹土糊料可使印製產品得色深、色牢度強、質量優、並可顯著降低印染成本。

膠體級凹凸棒石粘土經進一步進行物理化學加工，增加其造漿率，可製成符合OCMA和API標準的抗鹽粘土，而應用於地質鑽探、地熱鑽井、石油鑽井，特別是在內陸含鹽地層鑽探、海洋鑽井及超深鑽探中，使用該產品作為泥漿材料，具有分散性好、造漿率高、密封性好、抗鹽鹼耐高温性能穩定、防止井塌、保護井壁、減少廢井率等優點，並能降低鑽井成本。

加工後的凹凸棒石粘土製品是較為理想的吸附劑、食品加工助劑和食品添加劑，可取代活性炭。它不僅能脱色，還可除臭除味，除重金屬離子和致癌物質，還具有一定的選擇性，這就為生產提供了便利，它可作冰箱除臭劑、污水處理劑、家用淨水器、油脂精煉脱色劑，效果極為明顯。

在醫藥上可作藥物的填料、載體、添加劑、粘結劑。使用凹凸棒石粘土對液體葡萄糖脱色可將由粉末活性炭淨化的十二道工序減少到十道工序，工藝週期縮短50分鐘，對發展生產十分有利。用凹凸棒石粘土淨化的成品糖，其色澤、體態、濃度、還原糖含量、PH值、二氧化硫離子含量、氯根含量、蛋白質含量、熬糖温度以及鈣鎂離子含量等均達到現行行業標準，節約脱色處理費用60%左右，脱色後的濾餅可作混合飼料，減少了環境污染，達到綜合利用。

無論是在吸附過程中，還是在污水處理中，凹凸棒石粘土都可以再生，它耗能少，對環境保護非常有利。凹凸棒石粘土選擇吸附能力大小的次序為：水>醇>酸>醛>正烯烴>中性脂>芳香烴>環烷烴>烷烴、直鏈烴>環烷烴>烷烴，直鏈烴比支鏈烴吸附得快，吸附選擇性對油脂的脱色有重要的作用。在其它分離過程中也有較大的工業價值。

水淨化的常規方法是經過絮凝、沉澱、過濾和化學處理，一般能有效地除去大多數污物和殺死大多數微生物，然而不能很有效地除去諸如激素、農藥、病毒、毒素和重金屬離子等類物質。這些有害物質仍留在水源中，給人造成危害。而凹凸棒石粘土可用接觸或過濾技術處理水，可以消除這些有害物質。若使吸附污染物的凹土再生，可加熱或以化學劑加以處理。因此，凹土在污水處理中的應用對保護生態環境、保證人類的健康，是非常必要的，且用量大範圍廣，符合社會發展人民生活水平提高的需要。

用凹土來澄清葡萄酒、蘋果酒、啤酒等酒類製品，可以除去酒中的各種殘渣雜質，使酒質純淨。

替代合成洗衣粉及洗髮精中的主要助洗劑三聚磷酸鈉（STPP）。我國是人口大國，洗滌劑的年需要量在百萬噸以上，其中助洗劑需求在30萬噸以上。助洗劑主要為三聚磷酸鈉。由於三聚磷酸鈉對環境的危害極大，西方國家已禁止使用，我國已在逐步限制其用量，而凹土具有較深的螯合鈣、鎂離子能力，是比較理想的洗滌助劑，加上其較低的價格，是三聚磷酸鈉理想的替代產品。

分子篩選用鈉、硅、鋁含量比在一定範圍內製得，其粒經2－10mm含水量1.5%堆積密度0.68以下，抗壓強度>5Kg/Cm2，在化工等行業具有廣泛的應用。我國每年需4A分子篩120萬噸，凹土選擇吸附性比較強，可作為分子篩的重要原料，所佔比例可在10%以上。

經精工製得的乾燥劑，具有蜂窩狀的無數孔隙，其表面積相當大。其吸濕率變化範圍在23.38－－27.43%之間，遠遠超過國外乾燥劑（吸濕率19%），且質量比較穩定。

經精選後的凹土作化妝品的原料具有優良的平滑性、密合性和通氣性，特別適合於粉底胭脂、撲粉、眉目、口紅等化妝品。利用其多孔性將芳香性物質（香精、香料）浸漬在土中能製作香味穩定持續釋放6個月以上的緩釋芳香劑，在蚊香中使用粘土作填料，用量達10%－－50%，與其它材料配合可用作液體蚊香的吸液芯，使藥劑在較低的加熱温度下有足夠的揮發量。

經提純精加工後的凹土在這方面的使用量較大。我國塑料工業95年產量700萬噸，至2000年塑料產量將達1600萬噸。1995年全國塑料工業用非礦量約佔總量的10%，主要用於編織袋、打包帶、地板、塑料薄膜。具有防打滑防粘等作用。

凹凸棒土具有良好的力學穩定性，可用於增強水性乳液的力學性能，同時凹凸棒土表面豐富的活性基團可以提高乳液的基材的表面附着力，增強後的複合乳液具有一定的柔軟性，雖然透光率有所降低，但影響不大，下降5%左右。

用於脱色：如黃凡士林的脱色，“8205”的脱色，純化試驗煤油瀝清的脱色，動植物油脂的脱色，塑料發泡靈的脱色，食油中黃麴黴素的吸附。用於催化劑：用凹凸棒石作催化劑以製造二氨基苯甲烷和多甲基多苯胺齊聚物及二氯乙烷，重油加氫和已二氰的磷酸鹽催化劑的載體也可用凹凸棒石。此外，在冶金行業上作為鑄造型砂粘結劑、鐵礦球團粘結劑及在太陽能利用方面、放射物質的處理、原子能工業、複印複寫和印刷等等各行各業都能得以應用。