累托石的开发利用

累托石的开发利用
韩丽，彭勇，侯书恩
(中国地质大学，湖北武汉 430074)
[摘 要] 介绍了累托石粘土矿物的物化性能和工艺性能，以及提纯工艺和开发利用现状。

[关键词] 累托石；工艺性能；提纯工艺；开发利用
1 引 言
累托石矿物较为罕见。

据湖北地矿局不完全统计，至1989年世界已知确定的累托石产地约40余处，但由于累托石在粘土中品位较低，所以能形成矿床的较少。

其中包括日本枥木县船生矿山，匈牙利托考伊山脉基拉伊海杰什矿山，美国犹他州中北部的矿床，以及中国湖北省钟祥县杨榨和南漳县大坪累托石矿山等。

累托石虽然早在1891年就已发现，但在20世纪60年代之前，其研究工作始终限于矿物学领域，而对工艺性能、开发利用及其经济价值，尚未受到应有的重视。

60年代以后，在匈牙利、美国、日本等国家的某些累托石粘土矿山曾作过一些开发利用工作，但也只是将其作为陶瓷、耐火材料工业中低级别的矿物原料。

1983年湖北省地质实验研究所首次在湖北钟祥县杨榨矿区黄铁矿样品中发现累托石粘土矿物，进而开展了累托石工艺性能和开发利用研究，使其在石油、涂料、造纸、橡胶以及型砂等工业上的优异性能日益明显，而且正在向新的领域发展、延伸。

2 累托石的物化性能和工艺性能
2.1 累托石的矿物学特征
累托石粘土呈深灰—灰黑色，主要是含碳所致。

碳质呈微粒状散布于累托石颗粒表面，其粒度细，与粘土间的吸引力较大，在提纯过程中不能有效分离。

累托石为鳞片、纤维状晶体，粒度一般小于2μm。

原矿中有害物质为黄铁矿，散布于累托石中，粒度很细，一般为10～80μm。

累托石质地松软有滑感，具有良好的胶体性能，遇水膨胀成泥湖状，在水中极易分散。

2.2 累托石的交换性和吸附性
累托石的晶体结构由类云母和类蒙脱石有规则交替堆叠而成。

云母层呈高负电荷的四面体片所联结的层间域，作为电荷补偿的Na+，K+，Ca2+被固定，不可交换，层间是非膨胀的； 而蒙脱石层为低负电荷四面体所联结的层间域，作为电荷补偿的Ca2+，Mg2+，K+，Na+等阳离子被束缚较多，
可交换，层间域可膨胀。

累托石(含量为90%)的总比表面积为271.5m2/g，外比表面积为69.2m2/g，内比表面积为202.3m2/g，表明累托石粘土具有良好的阳离子可交换性和吸附性。

2.3 累托石的热稳定和耐高温性能
累托石的耐火度高达1650℃。

将累托石粘土分别在100～1100℃温度范围内每隔100℃烧1h，X-射线衍射分析的结果表明，在100～600℃范围内脱去吸附水和层间水并脱去羟基后，成为无水结构，并一直保持到900℃、1000℃成为非晶态，结构仍无多大变化。

在1100℃以后累托石晶体结构发生变化形成新相莫来石。

而莫来石是高温耐火材料的主要矿物成分，因此累托石具有很好的抗高温性能。

2.4 累托石的高分散性和高塑性
累托石遇水极易分散，其粒径多小于1μm，其微粒成膜平整，加入少量碱处理后，分散效果更佳，并长期保持悬浮。

粘土的可塑性是衡量粘土能否作为陶瓷、耐火材料及型砂粘结剂使用的重要指标之一。

常用的表示方法有塑性指标法及塑性指数法。

累托石塑性指数大于30，易粘结成型，烧干或烧结不产生裂纹。

2.5 累托石的层间孔径可变性
由于累托石具有阳离子交换性能，可对其进行改色，钙基替换，合成交联累托石、有机累托石，达到层间孔径可变。

物化性能改变但结构不变，如粘土矿物本身是亲水的，能强烈与水化合；而粘土—有机复合体可变为亲油性。

2.6 累托石的阻隔紫外线性
累托石粘土的胶介价为50～90mL/15g，天然具备良好的紫外线阻隔能力，对短波长光线或射线的吸收阻隔效果显著。

2.7 累托石的结构分离性
累托石是易分离的层状粘土矿物，可采取合适的方法分离成类云母和类蒙脱石的纳米微粒，进行纳米级材料领域的研究。

3 累托石的提纯工艺
根据矿石的性质须采用重选方法来提取累托石精矿。

矿石重选难易程度由下列公式表示，判断见表1。

E=(δ2-Δ)/(δ1-Δ)
式中δ2—黄铁矿密度，4.95～5.03g/cm3；δ1—累托石密度，2.8g/cm3；Δ—水介质密度，1g/cm3。

表1 矿石分选难易程度
E值 分选难易程度
> 2.5 极易选
2.5～1.75 易 选
1.75～1.5 中等可选
1.5～1.25 难 选
< 1.25 极难选
由表1数值判断，累托石矿石可采用重选分离。

为了获得高品位的累托石精矿，要经过一个强化选别过程。

首先加强累托石的剥离，使其充分解离成为单体。

二是在选别过程中严格分级，控制粒度。

三是选择高分离因素的卧式顺流离心选矿机，使微细累托石矿物及其脉石矿物高度分散，在高度离心力场作用下进行分离。

在累托石提纯的过程中，由于其中黄铁矿和云母微粒在矿浆中受到颗粒间包裹和粘滞阻力的影响，往往呈稳定悬浮状。

所以选矿的关键因素是矿浆浓度的大小和矿物分散好坏即分散剂的选择。

矿浆浓度越低，分散效果越理想，但是将降低工作效率。

在不影响累托石精矿品位的情况下，加入钠的弱酸盐作为分散剂，矿浆浓度控制在20%，提纯可得到90%的累托石精矿。

4 累托石的开发利用现状
4.1 环保材料
交联处理的层柱累托石材料比表面积大，活性通道孔径大，作为环保材料有独特的优势。

研究表明，层柱状累托石对有机废水进行二次处理后，COD的去除率达92%；孙家寿等用CTMAB交联累托石吸附某药厂的苯胺废水，在一定条件下其COD Cr的去除率为60%以上。

对铅、铬、镍等重金属离子吸附率近90%，适用于电镀废水、氨氮废水等有害物质吸附净化处理。

但是目前交联累托石的孔径阻碍了其内表面对有机物的吸附，因此提高累托石层空高度是改善其对有机物吸附效率的途径之一。

用累托石制备的多孔陶瓷和蜂窝陶瓷，热膨胀系数低，成形效果稳定，适于作汽车尾气处理三元催化器载体、臭氧抑制催化剂载体等。

4.2 过滤材料
利用累托石特殊的矿物结构和优异的流变性、可塑性、结合性，以及烧结收缩率小，不开裂不变形等性能，可制备呈孔梯度连续变化的多孔陶瓷作为过滤材料。

它适合用于温度高，具有腐蚀性等流体中含有多种粒度的微细粒子的过滤。

过滤过程中阻力小，分离效率高，不易引起堵塞，反洗率高。

4.3 石油催化剂
累托石处理后形成大孔径的层柱状结构，具有在高温条件保持结构和活性的高水热稳定性，比表面积大、酸中心活性高，与催化剂配伍优良，既适应担体材料的功能要求，又具有分子筛的活性特征，同时能大大简化催化剂制备工艺。

但正是由于交联累托石的孔结构大，容易使大分子进入孔道内，导致酸中心积碳。

陈漾，柏子龙等采用加磷化合物来提高裂化活性，改善了催化剂的积碳性能，不会加速积碳反应。

然而有机磷化合物的加入会使催化剂的层间距略有下降，但不会破坏其层柱结构。

4.4 涂料悬浮剂
传统的涂料悬浮剂为膨润土，其加入量过多，稳定性虽好，但烧结时易开裂；加入量过少，涂料的悬浮性又差。

在累托石的开发研究过程中，发现钙基累托石作耐高温涂料较好，试验证明涂层附着牢固，无起泡脱落现象，且放置过程比较稳定不沉淀结块，涂层外观质量明显改善。

以钙基累托石作填料制成的防腐涂料，涂刷在喷砂钢板上，分别放入5% H2SO4、5% NaOH或5% NaCl 溶液中，室温浸泡7h，涂层均完全无损失。

有机累托石作油基涂料防沉剂，与有机溶剂性质相似，能与其相容，并与有机溶剂连成一种网状结构，均匀分散于体系中，防沉和增稠效果较好。

4.5 高温润滑脂
经过有机改性的累托石，由亲水性变为亲油性，能充分分散在矿物油和合成油中，作为稠化剂制备高温润滑脂。

黄炎球等用矿物油、有机累托石、极压减摩剂、防锈剂、油性剂、抗氧化剂、分散剂制备的润滑脂在陶瓷和冶金工业的应用实验表明，其理化指标达到或超过极压膨润土指标，并且可在200℃高温和含水蒸汽等复杂介质环境中使用。

4.6 其他
累托石的分散悬浮性可应用于相关领域的颗粒载体，如农药颗粒剂，药物片剂载体。

累托石遇水极易分散，用于石油钻井液，可以现配现用，对应急处理井漏、井喷、井垮等情况非常有效。

据报道，有人采用累托石代替日本进口粘土作为“榻榻米”席草保鲜剂，用累托石做活性染料印花糊料和进行高压电瓷、高强度电瓷的应用研究等。

对累托石的开发利用，科学工作者还需深入进行研究，如颜色改性，层间距加大等。

由于累托石具有阻挡紫外线的能力，开发它在日用化妆品方面的应用，会产生更高的社会价值。

另外，还可以进行纳米累托石产品的开发研究等。