非金属矿物材料的定义及优势

非金属矿物材料是指由天然非金属矿及其深加工或精加工产品组成的一类功能性材料，具有一定的技术含量和明确的用途，在去除重金属离子、氨氮、有机污染物和TNT废水、染料废水、矿山废水治理等方面有着独特的优势。

1、硅藻土

硅藻土是由古代单细胞硅藻经过长期地质作用形成的生物硅质岩，它的主要成分为蛋白石(SiO2·H2O)及其变种，SiO2含量一般大于80%，此外，还含有Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等金属氧化物杂质。随着对硅藻生物研究的深入，人们发现硅藻生物经过处理同样可以获得硅藻。

迄今为止，硅藻土的规模化应用领域主要有以下几个方面：

（1）助滤剂。硅藻土制品中，助滤剂品种最多，用途最广，用量最大。目前，世界上硅藻土助滤剂总产量在106万t左右。

（2）填料。硅藻土可以作为填料在油漆行业、化妆品、牙膏、塑料等领域应用。提纯后的硅藻土具有质轻、多孔、松散、隔热性好、吸附性强、化学性质稳定等优点，因而可在填料领域得到应用。

（3）催化剂载体。硅藻土适合于制造热惰性、低比表面积的催化剂载体。这一载体以使用直链藻为主，大部分应用于钒催化剂载体。除此之外，硅藻土还可应用于农药和化肥载体。

（4）建材。硅藻土建材和保温材料主要有硅藻泥修饰材料、隔热砖、硅酸钙制品、粉料、硅钙板、水泥添加剂以及泡沫玻璃、轻质骨料、沥青路面混合料添加剂等。

2、膨润土

膨润土是以蒙脱石为主要成分的一类黏土矿物，含有少量石英、伊利石和高岭土；其化学式为Na0.7(Al3.3Mg0.7)Si8O2(OH)4·nH2O，其基本结构为两层硅氧(Si－O)四面体中间夹一层铝氧(Al－O)八面体，属2∶1型层状结构的铝硅酸盐；具有表面积较大、良好的吸水膨胀性、粘结性、催化活性和阳离子交换性等性能，被广泛应用于石油化工、环保、钻探、冶金、轻工和建筑等领域，被称为“万能黏土”[4]。膨润土经过无机改性(碳酸钠、KH2PO4、酸改性、Na2S和氧化锰)可有效降低废水的COD、细菌及重金属Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr2+和Cd2+离子；而膨润土经有机改性(如，烷基溴化胺、壳聚糖和黄原酸)可有效吸附废水中的酚类、染料甲基橙、亚甲基蓝和茜素红的脱色及磷的脱除。

3、伊利石

伊利石是一种高钾、富铝且比表面积大的层状含水硅酸盐云母类粘土矿物，其层间区域中存在着可交换的水合阳离子和水，又名水白云母，属于单斜晶系类矿物。由于最先发现于伊利诺斯州(美国)，因而取名为伊利石。同时，伊利石黏土资源丰富，分布十分广泛。纯净的伊利石为白色，但含有少量杂质的伊利石却呈现出不同的颜色，如黄、绿、褐等颜色。伊利石与白云母相似，其晶体结构与白云母基本相同，也属于2:1型结构单元层的二八面体型，属于两个硅氧四面体夹一个铝氧八面体(即T-O-T)结构。

伊利石应用广泛，可在塑料(填料)、化肥(钾钙肥、钾氮肥、磷钾钙肥等)、陶瓷(马赛克、空心砖等)、造纸，污水处理等多个部门中使用。污水处理方面，主要应用于工业废水、蓝藻、核污染等环境领域。这是由于伊利石具有胶体性质，胶体本身就是良好的吸附材料，加上粒径小，比表面积大等空间优势，因而在吸附方面的地位日益巩固。作为低成本的吸附剂，其吸附处理的水体污染物主要有重金属阳离子、有机物、染料等。

4、凹凸棒石

凹凸棒石(又称坡缕石，palygorskite)是一种含水富镁铝的硅酸盐黏土矿物，具有2:1型链层状结构，属于海泡石族。凹凸棒石晶体呈棒状，单根晶体的直径为20~70nm，长度为0.5~5μm。凹凸棒石矿仅在中国、美国、西班牙、法国等少数几个国家被发现。凹凸棒石独特的棒晶形貌和孔道结构，使其具有优异的吸附性能、胶体性能、载体性能和补强性能，广泛用于宠物垫料、脱色剂、干燥剂、有机分子吸附剂、重金属废水和放射性物质吸附剂、霉菌毒素吸附剂、药物和生物工程、钻井泥浆、增稠剂、催化材料、颜料、橡胶和塑料复合材料、环氧树脂、摩擦材料等领域。

5、沸石

沸石是一种碱金属或碱土金属离子的含水的架状结构铝硅酸盐矿物，是由硅氧四面体和铝氧四面体通过共用氧原子连接而成的网络结构。

按矿物特征分为架状、片状、纤维状及未分类四种；按孔道体系特征分为一维、二维、三维体系。其化学通式为Am-BqO2q·nH2O，式中A=Ca、Na、K、Ba、Sr等阳离子，B=Al和Si，q为阳离子电价，m为阳离子数，n为水分子数。化学组成为SiO2、Al2O3、H2O和碱土金属氧化物，其中SiO2和Al2O3总量约占80%。沸石具有较大的比表面积、孔容量、电负性，使得沸石在脱氮、除磷、脱除有机物和重金属离子等方面应用广泛；天然沸石经过改性处理，如热处理、酸、碱、盐改性和复合改性技术使得沸石表面活性、吸附性能及离子交换性能均获得较大提升；其在工业废水（生活污水、重金属离子）处理、海水淡化、工业废气(脱硫、脱碳、除氮及吸附氨、氮氧化物和硫化氢)和天然气净化领域应用广泛。

6、高岭土

高岭土的主要成分是高岭石，是一种1:1型二八面体层状硅酸盐矿物质，结构中存在同晶置换现象，因此具有一定的吸附和阳离子交换能力，但吸附量低，选择性不高，直接利用效果较差，往往需要进行改性处理。高岭土常见的改性方法有高温焙烧、酸碱改性、金属改性、有机改性等。

7、累托石

累托石是由二八面体云母层和二八面蒙脱石层交替堆垛而成的片层状硅酸盐黏土矿物，其蒙脱石单元层间的水化阳离子，可吸附Na+、Ca2+、Cu2+、Cd2+、Ni2+等各种重金属离子和有机染料等污染物，且过程是可逆的，为提高累托石的吸附效果，一般要对其进行酸化改性、钠化改性、高温煅烧改性和盐改性等处理。

8、珍珠岩

珍珠岩主要由酸性火山玻璃组成，主要成分为SiO2和Al2O3，1000~1300℃高温条件下可膨胀4~25倍，内部孔道结构丰富，有开孔、闭孔和中空孔，是水处理常用的助滤材料。马万征等利用活性炭—珍珠岩复合材料处理含铬废水，在活性炭与珍珠岩质量比为10:1、pH值为4的条件下，130min后对铬的去除率为96%。