新疆尉犁蛭石矿床金云母-蛭石的形成、演化与功能化调控

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蛭石是一种具有TOT型层状结构的层状硅酸盐矿物,天然蛭石大都由金云母风化形成。由于风化不完全,开采出的蛭石通常是金云母-蛭石间层矿物。产出的蛭石也均为金云母间层与蛭石间层的比值不定,含铁量也不均匀。在开采蛭石矿的同时,大量的金云母也被开采出来,这部分的金云母由于为经历风化,纯度较高,但由于理化性质与蛭石完全不同,不能像蛭石一样被有效应用,常常作为尾矿堆砌在尾矿坝中,或是以极低的价格出售,造成资源的浪费,如果可以使用矿物加工方法对这部分难以利用的金云母进行加工,则可以在处理尾矿的同时大大提高经济价值。本文通过研究新疆尉犁且干布拉克蛭石矿床中蛭石的形成和演化,获得金云母向蛭石转化的物理化学条件。并且以矿床中的金云母为原料,在实验室条件下,通过水热合成,将原本尾矿坝中无法高效利用的金云母矿物转化为金云母-蛭石间层矿物或蛭石。在成功转化的基础上,研究了温度、K+浓度、pH值、水热时间等实验条件对转化产物的影响。采用现代分析和测定方法,如X射线粉末衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP)、透射电镜(TEM)等,对产品在转化的前期、中期、后期的物理化学成分、晶体结构和微观结构进行了分析。结果表明,在酸性水热条件下,金云母在Mg Cl2或Na Cl溶液中可转化为蛭石,转化率随温度的升高而增大。为了促进转化,转化过程中的溶液发生变化,使其去除K+,从而改变转化反应中的化学平衡,使更多的K+交换。弱酸条件下的转化效果高于中性或碱性条件下的转化效果。转化过程中,K+从层间浸出,而金云母首先转化为金云母蛭石混合层(即金云母层最多),然后再变成蛭石金云母混合层(即蛭石层最多),最后完全转化为蛭石。对转化后的蛭石进行了膨胀蛭石的制备实验,在前人的基础上,研究了水热合成蛭石在制备膨胀蛭石时,成分、膨胀剂(二水草酸和30%过氧化氢)的用量、预膨胀时间对最终膨胀效果的影响,并结合场发射扫描电子显微镜(SEM)进行了分析。结果表明,膨胀样品成分越接近纯蛭石,膨胀效果越好;二水草酸和30%过氧化氢的比值为0.14g:1.5m L时,膨胀效果最佳,继续添加膨胀剂,膨胀效果基本无变化;延长预膨胀时间致24h后,得到了佳膨胀效果。利用合成的膨胀蛭石对含Pb2+的废水进行了吸附实验,探究了不同粒径、不同时间、不同pH对吸附结果的影响,并且测试了最大吸附量。结果表明,常温下中性水体中,100目粒径的膨胀合成蛭石在常温条件下对废水里的Pb2+有十分良好的吸附效果,并且可以在30分钟内达到吸附平衡。测得对废水中的Pb2+的最大吸附量为186.332mg/g,吸附率达到90%以上,并通过二级速率方程拟合了吸附过程。与近年来各种蛭石吸附材料相比,不论是从吸附达到平衡时间还是吸附量来看都具有一定优势。以上结果对研究层状硅酸盐矿物蛭石的晶体结构和成因以及合成蛭石的方法和应用都具有一定的参考价值。
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