非金屬礦物材料有望在6大環(huán)境污染治理方面大展身手！
隨著人類(lèi)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和全球環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及要求的提高，環(huán)保產(chǎn)業(yè)將成為非常具有前景的新興產(chǎn)業(yè)之一。而許多非金屬礦物材料，如碳酸鈣、石英、高嶺土、滑石、硅藻土、沸石、膨潤(rùn)土、凹凸棒石、海泡石等經(jīng)過(guò)加工（提純、表面處理和復(fù)合）后，具有選擇性吸附有害及各種有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物的功能，且原料易得，本身不產(chǎn)生二次污染，有望在環(huán)境污染治理方面大展身手。
1、非金屬礦物材料在污水處理中的應(yīng)用
地表水體污染是目前環(huán)境污染中令人擔(dān)憂的問(wèn)題，地下水高氟、高砷、重金屬離子的污染水質(zhì)亟待改善，儲(chǔ)量較大的微咸水也未得到有效治理與利用。這項(xiàng)量多面廣的區(qū)域性水治理改善工程不是一般性環(huán)境污染治理技術(shù)所能支撐的。
成本低廉的天然礦物材料對(duì)各種污染物具有自?xún)艋饔茫梢杂脕?lái)規(guī)模治污。許多國(guó)家尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)非金屬礦物在污水治理中的應(yīng)用非常重視，如蒙脫石、累托石、海泡石、沸石、硅灰石、電氣石、硅藻土、方解石、磷灰石等，在水體污染治理中得到了不同程度的利用。
（1）水中重金屬離子的處理
蒙脫石、海泡石等粘土礦物具有較大的比表面積和離子交換容量，吸附性能較好，對(duì)廢水中重金屬離子的吸附處理有著特殊的功效。
研究表明：鈉基蒙脫石對(duì)處理電鍍廢水非常有效；若蒙脫石與聚合氯化鋁交聯(lián)處理廢水中的Hg2+、Cd2+、Cr3+，去除率可達(dá)93%，并提高固液分離速度。
用NH4+Fe（SO4）2改性后的海泡石對(duì)Cr6+的去除效果很好；酸改性后的海泡石加熱后，對(duì)Co2+有很好的吸附作用。
（2）水中有機(jī)污染物的處理
由于天然粘土礦物存在大量可交換的親水性無(wú)機(jī)陽(yáng)離子，使實(shí)際粘土表面常存在一層薄的水膜，因而不能有效地吸附疏水性有機(jī)污染物。這時(shí)需要對(duì)粘土礦物進(jìn)行有機(jī)物改性，通常采用有機(jī)陽(yáng)離子，通過(guò)離子交換，把粘土礦物中原先存在的無(wú)機(jī)陽(yáng)離子置換出來(lái)，使其成為疏水性有機(jī)粘土，這樣增加了粘土礦物中有機(jī)質(zhì)含量，增強(qiáng)了去除疏水性有機(jī)污染物的能力。
將天然膨潤(rùn)土鈉化后再進(jìn)行無(wú)機(jī)聚合，能大幅提高膨潤(rùn)土對(duì)有機(jī)污染物的脫色去污能力，用它處理印染廢水，COD去除率可達(dá)85%以上。
海泡石同時(shí)存在著位于硅酸鹽“外表面”的硅烷醇基團(tuán)形成的中性吸附位和用低價(jià)金屬離子替代Si4+形成的負(fù)電吸附位，這兩種位置在海泡石上的分布使得它對(duì)中性有機(jī)分子或有機(jī)陽(yáng)離子有很強(qiáng)的吸附能力。海泡石不僅可用來(lái)吸附有機(jī)陽(yáng)離子，近年來(lái)也有人嘗試用它來(lái)吸附有機(jī)陰離子，并取得了很好的效果。
（3）水中無(wú)機(jī)污染物的處理
非金屬礦物對(duì)水中的無(wú)機(jī)污染物也能有很好的處理作用。利用海泡石與氯化鎂等無(wú)機(jī)物在適當(dāng)條件下反應(yīng)而研制成的新型復(fù)合吸附劑經(jīng)過(guò)1%的HCl改性后能較好的吸附廢水中的磷，去除率在98%以上。
柱撐蒙脫石具有很強(qiáng)的吸附硫酸根離子的能力，且pH在4-5范圍時(shí)，硫酸根離子去除效果最好。
除了治理廢水，非金屬礦物還可以改造水質(zhì)。西沙群島飲用水就是用當(dāng)?shù)睾惺幕鹕浇堑[巖處理后，排除海水中的有機(jī)質(zhì)，降低礦化度，減少氨離子和硝酸根，成為標(biāo)準(zhǔn)飲用水的。
我國(guó)某些干旱、半干旱地區(qū)地下氟含量偏高，導(dǎo)致“斑釉病”、“氟骨病”地方病發(fā)生。浙江地礦廳專(zhuān)家將縉云沸石經(jīng)加工破碎、裝柱、活化、水洗、明礬溶液處理后，在除氟器內(nèi)處理義烏徐村氟含量高達(dá)22mg/L的井水，除氟效果明顯，水質(zhì)達(dá)國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。
2、非金屬礦物材料在空氣污染處理中的應(yīng)用
（1）工業(yè)廢氣治理
美國(guó)聯(lián)合碳化物公司用人工合成沸石回收SO2，含量由3500μL/L下降至15-25μL/L，回收率達(dá)99%。
我國(guó)杭州硫酸廠排放的尾氣中含SO20.2%-0.5%，用改型縉云沸石吸附處理后，SO2僅含20-100μL/L，吸附的SO2解吸后，可回收重新使用。
（2）燃煤污染治理
治理燃煤污染，使用的固硫劑是一些含鈣、鎂、鋁、鐵、硅和鈉的物相，由于在高溫下形成的硫酸鹽易分解，降低了固硫率。可以通過(guò)研究某些高溫下形成疏松孔道結(jié)構(gòu)的環(huán)境礦物材料作為固硫添加劑，營(yíng)造燃煤內(nèi)部氧化氣氛，有效地阻止硫酸鹽分解。
膨潤(rùn)土在高溫下失去層間水，形成疏松孔道結(jié)構(gòu)，吸附硫化反應(yīng)產(chǎn)物硫酸鹽，同時(shí)激活自身層間固硫離子如鈣、鎂等，有利于促進(jìn)固硫反應(yīng)。
研究表明，蛭石尾礦具有良好的固硫效果，其固硫活性因燃燒溫度而異，在950℃和1050℃時(shí)，膨脹性能好、活性強(qiáng)。蛭石尾砂在型煤燃燒過(guò)程中膨脹產(chǎn)生的疏松結(jié)構(gòu)，不僅能提高燃煤固硫效率，還能為煤中碳質(zhì)成分的充分燃燒創(chuàng)造條件，降低煤炭因不完全燃燒而形成的碳質(zhì)飛灰，明顯減少煙塵污染。
（3）城市空氣治理
青石為環(huán)狀結(jié)構(gòu)含鋁硅酸鹽，其四面體中存在著[AlO4]對(duì)[SiO4]的置換以及配位多面體中金屬陽(yáng)離子的類(lèi)質(zhì)同象置換，活性強(qiáng)，同時(shí)具有極好的高溫?zé)岱€(wěn)定性，以青石為主體的三元催化劑載體得到了廣泛的應(yīng)用。
利用低白度滑石研制出新型多微孔陶瓷專(zhuān)用微細(xì)粉，對(duì)尾氣凈化率達(dá)至98%以上，并且使用效果不會(huì)隨時(shí)間下降。這為根治汽車(chē)尾氣的工作找到了一種良好的方法。
國(guó)外近來(lái)利用高溫?zé)岱€(wěn)定性好同時(shí)吸附能力強(qiáng)的海泡石制作高效汽車(chē)尾氣凈化器，國(guó)外用粘土礦物制成汽車(chē)排氣管、過(guò)濾器，主要是充分利用粘土礦物的吸附性。
用粘土礦物代替活性炭還可降低卷煙中含有的焦油、自由基、尼古丁等對(duì)人體的危害。
（4）室內(nèi)空氣污染治理
室內(nèi)空氣污染及治理是當(dāng)前的熱門(mén)研究課題，對(duì)于甲醛、氨等污染物，以沸石、坡縷石、海泡石、膨潤(rùn)土、累托石等粘土礦物為載體的載銀無(wú)機(jī)抗菌劑可以起到良好的作用效果。
目前開(kāi)發(fā)的以多孔結(jié)構(gòu)粘土礦物為載體的無(wú)機(jī)抗菌劑已成功應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化，并對(duì)病菌及其分泌物毒素均有較強(qiáng)的殺滅和降解作用。
3、非金屬礦物材料在固體廢棄物治理中的應(yīng)用
（1）固廢的二次資源化
大多數(shù)工業(yè)廢渣為可利用的二次資源，如爐渣、粉煤灰、冶金渣、煤矸石、尾礦、赤泥等。這些廢棄物的礦物組成絕大部分是非金屬礦物，對(duì)于此類(lèi)污染物的治理主要是使其二次資源化。例如煤矸石，其成分與粘土相似，可用以生產(chǎn)磚瓦、水泥、輕骨料、砌筑砂漿；含碳量很低的煤矸石可用于生產(chǎn)陶瓷、耐火材料等。
研究表明：以煤矸石、高嶺石、膨潤(rùn)土為主要原料，可合成沸石，用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)洗滌劑中的三聚磷酸鈉以減少環(huán)境污染，成為洗滌劑發(fā)展的趨勢(shì)。
（2）垃圾填埋場(chǎng)防滲
膨潤(rùn)土因其良好的流變性、保水性、離子交換性、耐久性、無(wú)二次污染等特性及相對(duì)低廉的生產(chǎn)成本使其成為垃圾填埋場(chǎng)防滲濾的優(yōu)選材料。用膨潤(rùn)土毯作垃圾填埋場(chǎng)防滲層的部分工程實(shí)例有：上海嘉定工業(yè)垃圾填埋場(chǎng)、北京門(mén)頭溝市政固體廢料填埋場(chǎng)、香港WENT市政固體廢料綜合處理廠等。
另外，傳統(tǒng)的膨潤(rùn)土防滲材料屬于鈉基改性產(chǎn)物，只能防止水體和無(wú)機(jī)物滲漏，卻不能防止有機(jī)物滲漏。若將天然蒙脫石改性制成有機(jī)蒙脫石后，可以提高蒙脫石表面的疏水性，從而達(dá)到有效吸附疏水性有機(jī)污染物的目的。
更有研究者，提出直接利用中國(guó)資源量巨大的天然鈣基膨潤(rùn)土與工業(yè)純長(zhǎng)碳鏈季銨鹽有機(jī)陽(yáng)離子進(jìn)行離子交換反應(yīng)，革新了傳統(tǒng)工藝中只能利用工業(yè)產(chǎn)品鈉基蒙脫石與試劑純長(zhǎng)碳鏈季銨鹽有機(jī)陽(yáng)離子進(jìn)行離子交換反應(yīng)而制備有機(jī)粘土技術(shù)，降低了有機(jī)粘土的制各成本。可替代進(jìn)口防滲材料，用于生活垃圾和危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)襯層建造工程。
4、非金屬礦物環(huán)境材料在處置放射性廢物方面的應(yīng)用
目前，大多數(shù)國(guó)家初步選擇凝灰?guī)r和花崗巖作為具有天然屏障功能的處置庫(kù)圍巖。
天然沸石有很強(qiáng)的耐核子裂變幅射的能力，對(duì)137Cs、90Cr有高選擇性交換功能，美國(guó)愛(ài)達(dá)州Arco國(guó)家反應(yīng)堆試驗(yàn)站用裝有粒狀斜發(fā)沸石的鋼桶作為半衰期分別為25年、35年的90Cr和137Cs的離子交換柱，當(dāng)交換達(dá)到桶的容量時(shí)，將其掩埋。
研究認(rèn)為：長(zhǎng)石類(lèi)礦物中硅氧四面體在三維空間作架狀連接，可以形成較大的空隙與孔道，水分子能夠進(jìn)入其中，與水分子大小相當(dāng)?shù)牡湫透叻派湫院怂卦影霃?，比起長(zhǎng)石類(lèi)礦物孔道中存在的K、Na、Ca還要小。有理由認(rèn)為，既然水分子與堿金屬離子能夠進(jìn)入長(zhǎng)石類(lèi)礦物孔道，大小相當(dāng)而活性更強(qiáng)的放射性核素?zé)o疑更容易進(jìn)入長(zhǎng)石類(lèi)礦物孔道。正是凝灰?guī)r與花崗巖中長(zhǎng)石類(lèi)礦物發(fā)育有良好的孔道結(jié)構(gòu)，可使核素進(jìn)入孔道，能夠有效阻滯核素遷移而成為天然屏障。
5、非金屬礦物環(huán)境材料在治理土地沙漠化方面的應(yīng)用
一些粘土礦物材料能吸附比自身重量大得多的水分，具有獨(dú)特的水土保持功能。例如，膨潤(rùn)土水化后，體積迅速膨脹至凝膠體，滲透率大大降低，而且膨潤(rùn)土具有良好的抗凍性、壓縮性、固節(jié)性，對(duì)沙土的穩(wěn)定性、密實(shí)性、自保水性、永久性等，具有明顯的效果，所有這些特性使其成為沙漠化治理的理想材料之一，而且將植被種子與水、膨潤(rùn)土攪拌后，可提高種子在沙性土壤中的出芽率和成活率，改善沙漠化地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。
6、非金屬礦物環(huán)境材料在研發(fā)生態(tài)建材方面的應(yīng)用
非金屬礦產(chǎn)品具有一系列優(yōu)異性能，是研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)生態(tài)建材不可缺少的重要原材料。采用硅灰石作為陶瓷原料時(shí)，可使陶瓷制品的素?zé)郎囟葟?280℃降低至1090℃，釉燒溫度從1170℃降低至1050℃，素?zé)龝r(shí)間從50h減少至18h，從而節(jié)省能耗30-40%。
另外，一些非金屬礦物和巖石，如沸石、硅藻土、石鹽、石膏、滑石、方解石、白云母、水鎂石、蛇紋石、雄黃、雌黃、硼砂、辰砂、明礬石、麥飯石等，具有吸附有害物質(zhì)的功能，是研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)保健型生態(tài)建材的重要原材料。例如，硅灰石質(zhì)的純天然無(wú)機(jī)涂料具有發(fā)熒光、抗靜電、消毒、除臭、凈化空氣等功能。瑞典研究的一種硅藻土涂料，能吸附帶臭味的分子，而這些分子難以靠通風(fēng)來(lái)排除，從而達(dá)到凈化空氣的目的。
非金屬礦物材料在環(huán)境污染治理中的市場(chǎng)前景
近5年來(lái)，我國(guó)用于環(huán)境保護(hù)的總投資已超過(guò)4900億元。這既說(shuō)明我國(guó)政府對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，又表明了環(huán)保市場(chǎng)的巨大。
2017年10月30日，工信部印發(fā)的《產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)發(fā)展指南（2017年）》明確將“用于工業(yè)廢水處理的礦物功能材料深加工技術(shù)”列為對(duì)行業(yè)有重要影響和瓶頸制約、短期內(nèi)亟待解決并能夠取得突破的產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)。
其主要技術(shù)內(nèi)容：膨潤(rùn)土等礦物功能材料的改性、改型技術(shù)；增加礦物功能材料比表面積、調(diào)整表面電荷等技術(shù)；礦物功能材料在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用技術(shù)。
2018年1月2日，科技部、工信部、國(guó)土資源部、環(huán)保部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、農(nóng)業(yè)部聯(lián)合組織編制了《土壤污染防治先進(jìn)技術(shù)裝備目錄》，供各類(lèi)企業(yè)、財(cái)政投資或產(chǎn)業(yè)技術(shù)資金、各類(lèi)土壤污染防治領(lǐng)域的公益、私募基金及風(fēng)險(xiǎn)投資機(jī)構(gòu)等用戶在土壤污染防治技術(shù)升級(jí)改造和投資時(shí)參考。該目錄納入了“基于天然礦物混合材料的重金屬污染場(chǎng)地穩(wěn)定化技術(shù)”等15項(xiàng)土壤污染防治先進(jìn)技術(shù)。
相對(duì)于非金屬礦在其它領(lǐng)域的應(yīng)用而言，環(huán)保污染治理還是一個(gè)新領(lǐng)域，可以說(shuō)非金屬礦物材料的開(kāi)發(fā)利用是非金屬礦工業(yè)發(fā)展的新方向和新經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)之一。
相信在今后十年內(nèi)，非金屬礦在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用必將保持快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)年均增長(zhǎng)率在15%左右。
來(lái)源：中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)
