这三种矿物明星吸毒能力超强, 尤其是重金属

最近十几年，关于粘土矿物对重金属的吸附作用，很多科研工作者都在努力研究，并投入到环境保护的生产实践当中。经过多年的反复试验与应用，有三种粘土矿物的吸附作用被业内广泛认可，目前也属于环境保护实用材料方面的明星矿物，分别是：蒙脱石、高岭石和伊利石。

蒙脱石

重金属污染是令全世界都头疼的一个环保问题，引发了环境地质界和环境工程界的广发关注。寻找到廉价高效的矿物材料吸附剂技术，在水体污染治理过程中，是非常重要的研究课题。因为目前使用的化学沉淀、渗透膜、离子交换、活性炭吸附等重金属污染处理技术，普遍成本较高。而经过反复实践发现，蒙脱石、高岭石、伊利石等粘土矿物，由于其比表面积大、孔隙率高、极性强等特性，而对水中Pb、Zn、Cd、Cr、Hg 等重金属有害污染物质具有较强的吸附能力, 是去除废水中重金属有害元素较为理想的低成本吸附剂, 在水污染治理中有较大的应用前景。下面，分别来看一下三种矿物对有毒元素的吸附性：

蒙脱石对重金属有毒元素的吸附性

蒙脱石是一种具有膨胀性、呈层状结构的、含有少量碱和碱土金属的含水硅酸盐矿物。蒙脱石比表面积达56.37m2/g，具有较高的阳离子交换性能, 表现出很强的吸附性，且容易使颗粒分裂成很细的带电粒子，特别是Ca—蒙脱石，它与污水中 Pb、Zn、Cd、Cr、Hg 等重金属离子、REE 或是 U、Th 等放射性元素相遇时发生下列吸附或离子交换反应：

Ca—蒙脱石+( Cu、Pb、Zn、Cd、REE、U、Th) =( Cu、Pb、Zn、Cd、REE、U、Th) - 蒙脱石+Ca2+

因此，污水中 Pb、Zn、Cd、Cr、Hg 等重金属元素、REE、U、Th 等就被蒙脱石固定, 失去了进一步污染水体的能力, 达到治理目的。

大量实验结果表明，在室温和 pH=4 条件下，蒙脱石对 Pb2+、Cd2+、Cr3+等重金属离子的吸附率极高, 可达100%。

▲表一 蒙脱石的吸附能力实验数据

通过改性、酸处理和热处理，蒙脱石的吸附容量大大增强。如表一所示，改性后的蒙脱石，对Pb的吸附能力增强了8-9倍；热处理后的蒙脱石，对Cd的吸附能力是酸处理后的吸附能力的4倍。可见,通过对蒙脱石进行改性等处理，可大大增强其对重金属有害元素的吸附力，提高其去污性能。

高岭石对重金属有毒元素的吸附性

高岭石属于1：1型八面体层状硅酸盐矿物，比表面积为14.17m2/g。粒径极细的天然高岭石往往呈胶体微粒吸附其它杂质。结构单元层的外表OH-离子的存在，也使高岭石具有较强的离子交换能力。此外, 高岭石在颗粒界面上也可吸附大量有机分子。

江苏产高岭石

有学者对贵州老万场金矿、云南上芒岗金矿矿山采矿污染区高岭石进行了系统取样，测试分析结果列入表二、表三，揭示了高岭石对 Pb、Cr、Cd、As、Sb 等重金属有害元素的强吸附性。

高岭石中As的含量高达 778.5×10-6～3188.0×10-6之间。Cr、Sb也具有较高的含量。与茅口灰岩、大厂硅质岩和紫木幽原生卡林型金矿石相比，高岭石中Pb、Cr、Cd等的含量均明显高于各类岩( 矿) 石, 其中 Cr、Cd、Pb 等的含量高出各类岩( 矿) 石几至几十倍。与地壳丰度相比, 高岭石中 Cr、Pb、Cd、As、Sb、Hg 的含量明显较高, 其中 As、Sb、Hg 的含量高达上百倍。

▲表二 贵州老万场金矿区高岭石的微量元素分析结果
如表三所示，高岭石中As 的含量高达2288.00×10-6。与碎屑岩、白云岩和蚀变矿化岩石相比，Cr、Pb 等的含量均高于各类基岩。与地壳丰度相比，高岭石中Cr、Pb、Sb、As、Hg 的含量也明显较高。其中As、Sb、Hg 的含量受风化原岩，特别是原生卡林型金矿石微量元素组成的制约，反映了高岭石对Cr、Pb、Sb、As、Hg等元素的强吸附性，正是这种强吸附性使得高岭石层中的As、Sb、Hg 的含量高出地壳丰度的上百倍。

▲表三 云南上芒岗金矿区高岭石的微量元素分析结果

采矿污染区实测数据表明，高岭石对重金属有害元素具有很强的吸附性，可作为去除重金属有害元素理想的低成本高效吸附剂。

伊利石对重金属有毒元素的吸附性

伊利石是一种富钾的层状含水硅酸盐类粘土矿物，因最早（1937年）发现于美国伊利州而得名。这一类矿物的共同点是：属层状结构的硅酸盐类，在组分上与白云母相似。伊利石的化学成分以含铝、钾为特征，其晶格具有与蒙脱石相一致的结晶构造和晶体化学特征。

伊利石比表面积可达12.40m2/g，在硅氧四面体中广泛存在Al3+→Si4+类质同象置换，同时在少数伊利石的铝氧八面体中存在Mg2+→Al3+的类质同象置换，因此，伊利石总是带有一定量的净负电荷，表现出对阳离子尤其是一些重金属有毒元素的吸附性。

伊利石

实验研究表明, 在室温条件及pH=4 的条件下，伊利石对 Pb2+、Cd2+、Cr3+等重金属离子具有很强的吸附性，吸附量可达 100%；在 pH 值为 4，温度为 23℃，金属离子浓度约为 4ppm 的条件下，伊利石对不同的重金属离子表现出吸附容量大小关系如下 : Cr3 +>Zn2+>Cd2+>Cu2+>Pb2+。

可见，伊利石对Cd、Cr、Pb、Zn、As 等重金属有害元素具有很强的吸附性，也是去除重金属有害元素理想的吸附剂。

总之，经过科研工作者多年的生产实践，蒙脱石、高岭石、伊利石等粘土矿物，是理想的低成本高效吸附剂，可以广泛应用于水污染治理，是环境保护方面的明星矿物。