目前，世界上探明的海泡石储量约5000多万吨，主要生产国有西班牙、美国、土耳其、澳大利亚、俄罗斯、朝鲜、法国等。西班牙是海泡石资源丰富的国家，一般加工为成品或半成品出口，出口量占总产量的80%，主要销往美国、前苏联、日本等。土耳其也是一个较大的海泡石生产国和出口国。美国佐洛亚洲的海泡石矿床，年产量约1万吨以上。我国在80年代初先后在江西东平、湖南浏阳、蓟县发现海泡石矿层，80年代后期又在东秦岭地区以及河北张家口、保定、唐山地区发现海泡石成矿带，己探明我国海泡石的储量在1000万吨左右。

      国外发达国家对海泡石矿的研究领先于我国。西班牙等海泡石资源较丰富的国家，为了改进海泡石的吸附性能、比表面积等物化性能，对海泡石的活化改性进行了大量较深入的试验研究，取得了很多具有实际意义的研究成果。我国对海泡石性能的研究起步较晚，近年来海泡石已引起科研人员的重视，湖南大学、武汉大学及南昌大学等作了较多的研究工作。

      海泡石是一种纤维状含水的镁硅酸盐粘土矿，SiO2/MgO约1.5。海泡石的标准晶体化学式为H6Mg8Si12(OH)10·6H2O，理论化学成分为：SiO2，55.56%；MgO，24.89%；H2O+，8.34%；H2O-，11.12%。海泡石按其形态分为α——海泡石和β——海泡石两种。前者成大束的纤维状晶体产出，即通常称为纤维状海泡石。后者常成土状产出，是由非常细且短的纤维或纤维状集合体组成。

      海泡石的晶体结构可以看作是三条辉石式单链构成的2﹕1结构带，该结构带具有连续的硅氧四面体层。其中，每一个硅氧四面体都共用三个角顶同相邻的三个四面体相连。四面体中活性氧指向沿b轴周期性的倒转，因此形成了大小固定并平行于链的开口通道，这些通道中含有沸石水。在八面体边缘有两个水分子与Mg2+结合，参与八面体配位。

      海泡石的特殊结构决定了它拥有包括贯穿整个结构的沸石水通道和孔洞以及大的表面积，它具有截面积为0.36nm×1.06nm的管状贯穿通道及高达900m2/g的理论表面积。在通道和孔洞中可以吸附大量的水或极性物质包括低极性物质，因此，海泡石具有很强的吸附能力。而且由于海泡石具有良好的机械和热稳定性、多孔性、强吸附性以及可处理改善的大比表面，使之具备作催化剂载体的良好条件。海泡石的一些表面性质(如表面酸性弱、镁离子易被其它离子取代等)，使其本身也可用作某些反应的催化剂。故海泡石不仅是一种很好的吸附剂，而且是一种良好的催化剂和催化剂载体。

      2.1良好的吸附性

      由于海泡石具有大的比表面积和孔道空隙，因而能吸附大量的水和极性物质。在常温常压下，海泡石能吸附的水比其本身重量大2-2.5倍。这些吸附水分子能被高极性的小分子置换。

      海泡石的吸附按照引起吸附的原因不同可以分为三类，即物理吸附、化学吸附和离子交换吸附。

      （1）物理吸附

      海泡石的比表面积接近于800-900m2/g，其内表面为500m2/g，外表面为400m2/g。表面对不同物质的吸附状况，取决于分子在晶体内部通道中的渗透能力。吸附物的渗透能力可能取决于分子的大小，也取决于分子的种类。

      当温度升高时，吸附水和沸石水析出，表面积增大，提高了海泡石晶体通道的吸附能力。当温度超过300℃时，由于晶体塌陷，使可以进入的表面积急剧降低。表面积的大小和发生转变的温度取决于颗粒的粒度分布以及晶体的不完善性。

      物理吸附是指由海泡石与吸附质之间的分子间引力而引起的吸附，由氢键产生的吸附也属于物理吸附。产生物理吸附的原因是海泡石的表面分子具有表面能。由于海泡石的比表面很大.暴露在外面的分子数比较多，所以物理吸附效果比较明显。

      （2）化学吸附

      （3）离子交换吸附

      由于海泡石结构中存在类似同相置换现象，从而存在永久性负电荷，根据电中性原理，必然有等量的阳离子吸附在海泡石矿物表面以达到电性平衡。一般来说，吸附在矿物表面的阳离子可以和废水中存在的核素进行离子交换。海泡石的阳离子交换容量一方面决定于类质同相置换所产生的永久性负电荷数量，另一方面与边缘破键，也就是海泡石颗粒的大小程度有关。即海泡石永久性负电荷越多、海泡石颗粒越小，则海泡石的阳离子交换容量越大。

      2.2阳离子交换性

      海泡石的阳离子交换量是每100克干土约25-30mg当量阳离子。海泡石之所以具有阳离子交换性能，是因为结构中的Si4+被A13+置换而出现负电荷使其内部需要电荷补偿；还因为结构纤维边缘存在破坏的电价键而形成不饱和电价，需要阳离子来进行电价平衡所致。

      2.3良好的抗盐性

      无论在常温或高温(大于2500℃)，高压[(50-60)×101325Pa]条件下在人工盐水和卤水中一般其结构均不发生变化，显然其具有良好的抗盐性。

      在常温下，海泡石在pH值4-10的介质中也极为稳定，只有当pH值小于3时，才发生溶蚀。试验表明海泡石的耐碱性能较好，而耐酸性较差。

      2.4热稳定性

      海泡石的热相变直接影响它的物理化学性质，研究海泡石的热相变过程，对该矿物材料的工业利用具有理论和实际意义。

      矿物受热后所产生的变化，也就是矿物脱水→结构调整→相变的过程。海泡石的结构中存在三种形式的水：一种是结构水(OH)；另外一种是结晶水(OH2)；第三种为沸石水。资料表明：(1)300℃以下，海泡石主要脱失吸附水或沸石水，结构保持不变，其红外光谱与原矿物红外光谱基本保持一致。(2)300℃-800℃，海泡石脱失结晶水，结构发生畸变，形成海泡石酐相。其红外光谱既保持原结构吸收带特征，又出现新结构信号。(3)800℃以上，海泡石脱失羟基水，结构发生分解，形成新矿物相斜顽辉石和方解石。

      2.5其他特性

      海泡石由于其独特结构，导致其有优良的耐腐蚀性能；海泡石一般具有永久性负电荷特点，但电动电位随条件不同而改变，在碱性条件下，电动电位可增加，在吸附电介质时，其电动电位又会降低。因此，改变介质条件，即可改变其电动电位。

      总之，海泡石具有良好的吸附性、离子交换性、抗盐性和耐腐蚀性。巨大的比表面积、良好的离子交换性和良好的吸附性能使海泡石复合吸附剂的研制成为了可能。良好的抗盐性和耐腐蚀性使该复合吸附剂的适用范围非常广泛。

      3海泡石改性研究

      3.1海泡石原矿的提纯

      国外(如西班牙)海泡石的品位约75%-95%。而国内普遍品位较低，含有大量滑石、方解石等。为提高海泡石的使用效果，需将海泡石进行净化处理。粘土矿物的纯化向来是一个难题。

      我国已发现的江西乐平、湖南浏阳和湘潭等大型海泡石矿床为沉积型，海泡石品位分别为5%，25%-30%.30%。浙江地质科学院研究测试中心提出的海泡石粘土选矿工艺成功地解决了海泡石粘土矿的提纯和精矿脱水两个技术难题，因而在江西乐平及湖南湘潭分别建立了年产3000吨及500吨的精矿生产厂。其入选原矿品位约为25%，精矿品位可达80%-90%，甚至更高，即使原矿品位在5%以下亦可用此方法提纯。其工艺过程大致是：原矿经晒干后，搅拌造浆，离心分离，压滤、烘干，然后粉碎成精矿粉。

      我国湖南省地矿局矿产测试利用研究所对石门陈家湾、浏阳永和等矿区的海泡石进行了选矿富集研究，海泡石含量20%的原矿，经一次精选就可获得91%-95%的高品位精矿和回收率大于50%的较好指标。其加工工艺是：首先是除借助机械作用力外，还针对矿石性质加入某种絮凝剂，使粘土粒子的电荷增大，有害离子形成难溶的盐类或稳定的络合物：接着采用综合法使海泡石和方解石、石英、滑石分离。武汉工业大学对浏阳永和海泡石的电位与分散性进行了研究。由于矿石中含方解石、石英粒度较粗，性质与海泡石差别也大，所以比较容易分离。而滑石与海泡石嵌布粒度很细，有些性质相近，用一般的选矿法难于分离，但在六偏磷酸钠(或硅酸钠、焦磷酸钠)作用下，电动电负值增大，由于静电斥力，位阻效应增大而分散。铁、铝三价离子是滑石海泡石的特性吸附离子，正确的控制该种粒子的浓度及介质的pH值，可以达到选择性分离滑石、海泡石的目的。

      3.2海泡石活化

      对海泡石进行加酸、加热处理(即活化处理)可以提高海泡石的吸附、脱色和漂白等性能。

      通过对海泡石结构的研究，发现其物理表面存在着三类吸附活性中心：1)硅氧四面中的氧原子；2)在八面体侧面与镁离子配位的水分子；3)在四面体的表面由Si-O-Si键破裂而产生的Si-OH离子团。这些事实进一步为物理吸附及其某些化学吸附提供了有利条件，决定了海泡石具有强吸附能力。

      日本为了获得制造催化剂载体和隔热材料等的多孔海泡石，将天然海泡石与无机酸或有机酸反应，使海泡石中的二氧化硅和氧化镁的摩尔比(SiO2/MgO)提高到2以上，再进一步脱镁即可得最终产品。日本还以海泡石、高SiO2/MgO分子比的改性海泡石或者两者的混合物制造以海泡石系物质为主要成分的成型材料。其主要工艺如下：把含有碱性化合物(碱或碱+金属的化合物)的水溶液加入成型材料的粉末中，在0℃-300℃(最好50℃-150℃)下进行30分钟至20小时的预处理。我国湖南地质矿产局402地质队曾分别用焙烧法及酸化热处理法对浏阳永和海泡石矿床的各种类型矿石进行了试验与对比，结果是酸化热处理效果较好，尤其是对原岩型(弱风化至未风化)矿石。原岩型矿石原脱色力为29，活化后为229。由于该型矿石含碳酸盐较多，在活化处理时部分酸与碳酸盐作用而被消耗，因而其耗酸比风化型矿石要高。据报道用天然海泡石中八面体层边缘Mg2+在水蒸气条件下会导致分子筛结构的破坏。海泡石经酸脱镁不仅能抑制分子筛结构的破坏，而且可导致海泡石部分晶体通道的连通而形成许多径内空穴，从而可提高海泡石的比表面积。

      ①常温下不同酸及不同酸浓度条件下的活化由于Mg2+是弱碱，与弱酸会生成沉淀并沉积于海泡石微孔结构中而堵塞部分内部通道，故目前采用的酸一般为强酸，不同的强酸对海泡石处理的机理基本相同，均为H+取代骨架中的Mg2+，海泡石经酸处理其Si-O-Mg-O-Si键变成了两个Si-O键，即出现了“敞开”状态的结构，此时内部通道被连通，表面积增大。海泡石晶体结构使得它有发达的微孔(<1.5nm)和部分中孔(1.5-5.0nm)。海泡石的纤维间空隙形成大孔且与纤维间随机性堆积有关，通过盐酸改性处理的海泡石的孔结构发生了变化。由于镁部分被脱除，导致海泡石晶体内部分通道连通，使微孔发展成中孔，微孔比率减少，中孔比率增大。当脱镁率达80%时，大部分微孔和中孔发展成大于10nm的大孔。这说明随着脱镁率的增加，微孔逐渐向中孔，及大孔扩展，并且这种扩展过程是不均匀的。因此海泡石晶体内的微孔和中孔的比率是决定海泡石比表面积大小的一个重要因素。一般说来多孔材料的微孔越多，它的比表面积越大。

      ②水热处理

      增加海泡石比表面的方法：一是进行超细化处理，增加外表面积，二是通过酸浸和加热除去结构中的镁和孔隙中的水，增加内表面积。后一种方法通常称为“活化”，而超细化是活化的基础。如何得到既超细化又易分离的均分散纤维状海泡石，是长期难以解决的实践问题。海泡石原矿用水洗法进行精制提纯，干燥后粉碎至小于0.5mm，镜下观察到纤维长度大于100um，大部分为集束状。将精制海泡石放入高压釜内加入约20倍重量的水，在一定温度下(100℃-200℃)搅拌3h，进行水热处理。产物经分离、干燥即可得水热处理海泡石。资料显示，海泡石的比表面积随水热温度的提高而增加，200℃时达101.6m2/g。酸活化对海泡石的比表面影响较大，200℃时可达403.3m2/g。

      水热法可有效实现海泡石超细化处理，得到既超细化又易分离的产品，不但有利于后续工艺操作，也提高了其应用价值，该法优于目前的常规粉碎处理方法。

      4海泡石在环境领域中应用现状

      4.1废水处理

      ①重金属离子废水

      海泡石原矿经过初步的改性处理后，对重金属离子具有较强的吸附性，如湘潭工学院的罗道成等人用1.0mol/L的HCl溶液在70℃恒温对海泡石处理后，再在马弗炉中450℃下灼烧而成的改性海泡石，对冶金和电镀废水中重金属离子Pb2+、Cu2+、Cd2+有很好的吸附能力，处理后废水中的重金属离子含量达到国家排放标准。湖南大学的聂利华等人在105-110℃条件下烘烤再用酸进行改性，制得的海泡石对含镍废水中Ni2+的吸附率可达到85%-96%；侯立臣等用热或酸改性的海泡石对Cu2+进行吸附，去除率超过80%。Maria Franca Brigatti等用酸改性后的海泡石去除工业废水中Pb2+、Cu2+、Cd2+、Co2+、Zn2+金属阳离子，吸附力的顺序为Cu2+＞Zn2+＞Cd2+＞Pb2+＞Co2+，处理效果达到一级排放标准；A.Garcia

      Sanchez等利用酸改性的海泡石吸附处理工业废水中的微量重金属离子，吸附效果好，吸附容量为Cd2+＞Cu2+＞Zn2+＞Ni2+，对于Cd2+离子的吸附量达到8.26mg/g；山东建材学院的徐秋云等利用NH3Fe(SO4)2对海泡石进行改性，制备的改性海泡石粉用于去除水中的负离子，效果很好。如对Cr(Ⅵ)的吸附效率达到92%，对As(Ⅴ)的吸附效率达到98%，同时表明它对Cl-也有较高的吸附效率。杨胜科等人利用FeCl3改性的海泡石去除废水中的砷离子，去除率达到95%以上，处理后水中砷离子浓度低于0.05mg/L，达到国家饮用水标准。景德镇陶瓷学院的郭添伟等人，用2%的盐酸对海泡石进行改性，然后在100℃下处理24小时后，用于处理含Cr6+废水。废水经处理后，出水中Cr6+的浓度达到0.15mg/L，远低于国家排放标准。

      长安大学的杨胜科，费晓华用天然海泡石去除废水中的Cd2+，处理效果良好。湖南省矿产测试利用研究所的蔡荣民将海泡石在600℃下焙烧处理后，制得铅离子吸附剂，对铅离子的去除率在92%以上。南昌大学的叶反帝等人利用海泡石吸附处理含铀废水，效果非常好。综上所述，海泡石在处理含有害离子废水方面有很好的应用前景，特别是经Fe3+改性的海泡石为含重金属离子的废水处理提供了一条有价值的途径。

      ②碱金属离子废水

      中国地质大学的陈丽华和白志民利用5%的酸经2h处理后，制得改性海泡石粉，用于吸附处理废水中的Na+，K+，Ca2+离子，处理效果很好，同时，为利用海泡石作为掺和料吸附混凝土细孔中的游离碱性阳离子，抑制混凝土的碱骨料不良反应提供了理论依据。

      ③非金属离子废水

      杨胜科等用Al2(SO4)3、活化处理后的改性海泡石，在pH值为6-7时，对含氟浓度为5mg/L的高氟水进行了去除实验，去氟率高达86.5%，出水达到了国家饮用水标准，不会引起二次污染；经1%HCl酸处理后的改性海泡石和MgCl3、AlCl3水溶液制成复合吸附剂对磷的去除率可达98%，吸附容量在27mg/g以上。

      E.Sabah等使用热-酸改性海泡石吸附处理废水中4价胺离子，并对其吸附机理做了深入研究。

      ④有机废水

      用盐酸或硝酸处理的改性海泡石对丙酮和苯乙烯气体吸附量较大；热改性海泡石对水中有机污染物苯、甲苯和乙苯有强的吸附性；热改性和活性阳离子对含氮化合物中NH4+的吸收为3.5mmol/g，去除率达90%，其中60%的氮被转化为无毒物质；改性后的海泡石可有效地降解氯化杀虫剂林丹；用酸和热改性的海泡石能吸附废水中的溴化十二烷基三甲铵、溴化十六碳烷基三甲铵、长碳链和短碳链季铵盐等季胺有机化合物和四元阳离子表面活性剂。

      ⑤有色废水

      经热改性和酸改性的海泡石脱色力提高20%-30%，可用于有色废水的处理。在110℃温度下烘烤处理的改性海泡石对有机染料有较显著的吸附作用，如在pH为7的条件下对直接大红4B的吸附量为50mg/L，在pH＝4的条件下对土灰林和中性橙的吸附量分别为50mg/L和70mg/L；把经4%-8%的盐酸处理、再经1208℃温度下焙烧活化后的改性海泡石2g放入浓度为20mg/L的活性翠兰溶液中，对活性翠兰的去除率高达96.2%；5g活化海泡石放入浓度为80mg/L活性艳红溶液中，对活性艳红的去除率可达85%。用阳离子表面活性剂改性后的海泡石可吸附印染废水中的甲基绿、农药废水中的杀草快和百草枯，吸附率为可交换阳离子的100%-120%。

      ⑥放射性元素废水

      西南科技大学的张小礼利用1mol/L的盐酸对海泡石进行活化处理后，用于去除废水中的放射性元素-锶和铯，取得了很好的效果。废水经处理后，Sr2+的浓度降低到0.067mol/L，远低于国家标准，对铯的去除率也达到了86.3%。

      4.2气体净化

      改性海泡石对有害或有恶臭味的气体具有较好的吸附性，尤其是含氮化合物，如氨气、甲醛、硫化物、腐胺和尸胺等有极强的吸附作用，广泛用于干燥剂和吸附除臭剂等。经0.5mol/L的盐酸处理的改性海泡石对NH3、C12、H2S、C12，HCl和SO2有极强的吸附性，其吸附能力为：HCl＞Cl2＞SO2，NH3＞H2S；改性的海泡石加入一定量的活性炭是卷烟过滤咀的理想原料，可以吸附烟雾中的CO、CO2等小颗粒和去除危害人体的腈、丙酮和丙烯醛等气态的极性化合物；用110-500℃的温度烘烤后的改性海泡石能够去除N2，CO2，NH3和H2O；改性海泡石适于室内悬挂净化空气，放置于冰箱中可极大地降低有害气体的浓度，保持冰箱的清洁；也可用于纸张中，作为鞋底、鞋垫和墙壁装饰纸等，达到吸潮除味的目的。

      4.3土壤修复

      用pH值为6的酸溶液浸泡改性后的海泡石，仅在4%的剂量使Cd2+、Zn2+含量分别为17.1mg/g和8.13mg/g的土壤，去除率达到95%。在120℃温度下烘烤海泡石和斑脱土的混合物，可有效地去除土壤中的放射性废物。湖南省土肥研究所的周国良用海泡石修复土壤，吸附土壤中的NH4+和H2PO4-等，取得较好的效果。长沙环境保护职业技术学院的李支援、张强利用海泡石吸附土壤中的Cd，以达到改良土壤的目的。

      4.4应用前景

      海泡石来源广泛价格低廉，根据海泡石的物理化学性质来处理污染物，达到治污的目的，也是开拓海泡石应用市场的途径之一。提高海泡石的吸附能力，考虑水灰分离再利用和处理问题，防止二次污染。开发综合利用方案，使海泡石在处理污染物的同时，能够将污染物变废为宝，提高污染物处理的附加值已经成为现在研究的重点。随着广大科研人员对海泡石应用的深入研究，海泡石在环境工程中的应用将上一个新的台阶。可以预见，海泡石在环境工程中的应用将有着更为广阔的前景。(杀菌剂网)