伊利石_一种前景广阔的新型粘土矿物材料

1、伊利石 :一种前景广阔的新型粘土矿物材料李晓敏1 ,寇晓威2( 1 . 长春科技大学 材料学院 ,吉林 长春 130026 ; 2 . 吉林地勘局 第三地质调查所 ,吉林 四平 136000)摘要 :伊利石是一种富钾 、高铝的层状含水硅酸盐矿物 ,是近几年来才逐渐受到重视的新型粘土矿物材料 。不同品质的伊利石可分别用作陶瓷制品的原配料 ,造纸用涂布粒等 。经改性后的活性伊利石粉可作为橡塑制品的填充料 。以优质伊利石为原料制取钾肥 ,同时还可获得 4A 沸石 、净水剂等多种副产品 。伊利石的深层次开发具有广阔的市场前景 。关键词 :伊利石 ;粘土矿物 ;材料中图分类号 : TU521 . 3 文

2、献标识码 :A 文章编号 :1004 - 5589 (2000) 04 - 0346 - 041概述伊利石 (illite) 是一种富钾的层状含水硅酸盐类粘土矿物 ,因最早 ( 1937 年) 发现于美国伊利岛而得名 。目前 ,对伊利石在矿物学中的归属 ,学术界意见还不尽一致 。一种意见将伊利石认 定 为 水 白 云 母 族 的 水 白 云 母 , 化 学 式 为 K1 - x ( H2 O ) x Al2 Al Si3 O10 ( O H ) 2 - x( H2 O) x ,其呈胶体分散状的水白云母即为伊利石1 ;而另一种方案则将伊利石直接划分为6 . 5 - 7 Al1 - 1 . 5 O

3、20 ( O H) 4 2伊利石族 ,化学式为 K1 - 1 . 5 Al4 Si。在对伊利石进行开发利用时 ,其化学式常被简化为 K < 1Al2 (Al ,Si) Si3 O10 ( O H) 2 ·n H2 O 3 ,仅指一种不具膨胀性的 、二八面体结构型以粘土粒级 (约 2 m) 产出的类云母矿物 ,化学成分以含铝 、钾为特征 。 尽管上述伊利 石 的 化 学 分 子 式 有 些 差 异 , 但 其 核 心 是 一 致 的 , 即 伊 利 石 矿 石 必 含 钾( K2 O :6 %9 %) 和富铝 (Al2 O3 : 30 %35 %) 。伊利石与白云母的主要区别是四

4、面体层中的硅铝比大于 31 ,而与水云母的主要区别是不含层间水3 。伊利石为单斜晶系 ,常呈致密 块状或鳞片状块体产出 ,白色 ,常因含杂质而呈黄 、绿等色调 ,较纯的原岩多为油脂光泽 ,新 鲜伊利石摩氏硬度为 1 ,放置后因脱水硬度可增加至 2 , 001解理完全 ,比重 2 . 52 . 8 ,粒 度一般为 2m ±,具滑感 ,不具膨胀性和可塑性 ,其热膨胀性较为特殊 ,随着处理温度的升 高 ,表现为收缩 、急剧膨胀再急剧收缩 。伊利石的成因主要为风化型 、沉积型及热液蚀变型 , 因常与石英 、白云母 、绿泥石 、绢云母 、黄铁矿等共生或伴生 ,而使其利用品质降低 。2伊利石的技

5、术性能指标我国对于伊利石的开发应用研究起步较晚 ,利用层次较浅 ,多数仅作为原矿出口 ,如温州地区的伊利石主要销往日本 。在 1986 年出版的非金属矿产品应用指南中还未将伊利石作为非金属矿产品或原料 。在 1992 年出版的非金属矿工业手册仅给出了伊利石粘土 的一般工业要求 : 矿石硬度要小 , 白度要高 ; 化学成分中 Al2 O3 、K2 O 、H2 O 含量越高越好 ,收稿日期 :2000 - 03 - 27作者简介 :李晓敏 ,女 ,1967 年生 ,讲师 ,博士生 ,从事矿物岩石材料及地球化学研究 1( Fe2 O3 + TiO2 ) < 0 . 8 % ,Al2 O3 &g

6、t; 26 % , K2 O > 4 % , SiO2 < 54 % ; 白度 > 84 % ; 中国建筑材料及设备进出口公司伊利石粘土的出口质量标准 ( 表 1) 。1993 年非金属矿产品质量标准手 册4 中给出了不同利用层次的伊利石的质量标准 ( 表 2) ,而国家对伊利石的质量要求 ,尚无统一标准 。表 1 建材及进出口伊利石粘土质量标准Ta ble 1 The qual ity standard of ill ite exported by The Import and Export Company of construction materials and equ

7、ipment of China化 学 成 分 / %产地 SiO2 Al 2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 浙江瓯海浙江开化 浙江春安45 . 6862 . 9054 . 9036 . 0130 . 9029 . 700 . 220 . 971 . 190 . 290 . 800 . 400 . 110 . 806 . 509 . 850 . 20表 2Ta ble 2伊利石的质量标准 ( %)The qual ity standard of ill ite品级Al2O3K2OSiO2TiO2 + Fe2O3白度粒度陶瓷级化肥级 出口级262632476< 0 . 8

8、< 0 . 8< 1 . 02 m< 5485随着伊利石利用层次的加深 ,伊利石的工业指标也随之提高 ,除了对伊利石化学成分(有益 、有害) 的指标有所要求外 ,根据不同的应用目的 ,对其粒度 、白度等物性指标也有不同 的要求 ,如长春造纸厂利用伊利石作涂布料生产铜版纸 ,要求伊利石粉纯度 > 98 % ,粒度小于 2 m 者 > 95 % 。伊利石的综合利用现状3随着对伊利石认识的深入 ,全球对伊利石的需求量在日益增加 ,据美国矿业局预测 ,全球对伊利石的需求量每年将以 1 . 5 %的速度递增 。日本等国家对伊利石的开发利用起步较 早 ,主要用于涂料 、陶瓷等

9、行业 ,仅我国温洲地区伊利石原矿粉向日本的出口量就呈逐年增 长趋势 ,1984 年为每年出口 6 000 t ,1989 年增至每年 1 . 5 万 t ,而到 1995 年已超出年出口 量 2 . 5 万 t 5 。近年来 ,我国对伊利石的采选 、增白 、改性等综合研究及深层次开发利用已经开展起来 ,根据伊利石原矿品质的差异 ,经不同程度和方式的深加工 ,伊利石可作不同层次的应用 。陶瓷制品的原料或配料 伊利石铝含量高 ,能提高陶瓷制品强度 。由于含有较高的氧 化钾 ,以 5 %8 %的配料量加入陶瓷制品中 ,即可降低烧成温度 2030 ,节约能源 。用伊利石作配料烧制的“玛赛克”、电瓷制品

10、色泽晶润6 ,劈裂饰面砖色泽天成 ,无需施釉 ,装饰 效果极佳7 。对于“瓷土级”伊利石的工业指标 要 求 较 低 , 一 般 Al2 O3 26 % , K2 O 4 % ,( TiO2 + Fe2 O3 ) < 0 . 8 % ,白度 > 65 % ,这为多数硬质或劣质伊利石的开发应用指明了方向 。造纸用的涂布料 伊利石具有较好的吸附性 、细腻性 、易碎性和白度 ,是很好的造纸涂 布料 ,在一定程度上可取代高岭土 。另外 ,伊利石的遮盖性好 ,不透明 ,可作薄型低定量纸的 涂布料 ,这种低定量涂布纸可两面印刷 ,互不渗透 。如长春造纸厂用伊利石作涂布料生产铜版纸 ,涂布试验结果

11、表明 ,各项技术指标均达工业要求 。其中平滑度 、光泽度 、二甲苯吸收性好 ,不脱粉分层 ,无气泡 ,平滑度好等优点 ,可与使用进口涂料的北京造纸厂生产的铜版纸媲美3。伊利石用于造纸涂布料 ,对其技术指标要求也随之提高 : 伊利石粉纯度 > 98 % ( 白度随之提高) ,粒度小于 2m 者 > 95 % 。橡塑制品的填料 软质伊利石天然粒度细小 ,分散性好 ,Cu 、M n 等有害元素含量低 ,矿 石易于粉碎 、加工 ,是具有很好应用前景的橡塑制品填充料之一 。用作填充料的伊利石一般有两种 :经一般选矿处理得到的普通伊利石粉和对普通伊利 石粉进行表面改性处理后得到的活性伊利石粉

12、。郑州市轮胎厂及郑州市塑料五厂对这两种伊利石粉分别进行了工业试验研究 。结果表明 ,普通伊利石粉在基本性能上优于陶土 、轻质 碳酸钙 ,且在内胎胶中可以代替超细活性轻质碳酸钙使用 ;活性伊利石粉在基本性能上优于超细活性轻质碳酸钙 ,接近或达到 (部分超过了) 炭黑 ,在轮胎内层帘布胶中完全可以代替炭 黑使用 ;用普通伊利石粉作填料所拉出的 110 ×1 . 8 型 H - PV C 薄壁管材的三种定量机械 力学性能 (拉伸屈服力 、液压爆破力和断裂伸张率) 都超过了国家标准 ,且明显超出了用轻质 碳酸钙作填料拉出的管材 ,其他的定性参数也全部达到国家标准8 ,9 ,11 ,12 。当

13、前 ,橡塑行业年消耗工业炭黑 50 万 t 以上 ,年消耗普通无机填料千万吨以上10 ,加 之其它行业的消耗 ,填料的市场需求量相当大 ,因此伊利石作为橡塑制品的填充料 ,有着相当巨大的开发潜力 。化肥工业原料 我国化肥工业可溶性钾资源贫乏 ,几十年来 ,研究者一直致力于包括伊 利石在内的硅酸钾岩的钾提取 。随着技术手段的不断改进 ,伊利石作为原料生产钾肥的成 本大大降低 ,工业化生产成为可能 。伊利石含钾高 ,通过不同的工艺流程 ,可制得钾钙肥 、钾 氮肥 、钾氯混合肥等不同钾复合肥及多种不同的副产品 。如用优质伊利石为原料生产钾氮肥 ,以 1 万 t 伊利石原矿计 ,获得 0 . 6 万

14、t 伊利石精矿 ,即可制得钾氮肥 0 . 25 万 t ,4A 沸石0 . 35 万 t ,净水剂 0 . 4 万 t 及白炭黑等 。目前我国自产钾肥量不能满足农业需求 ( 仅 21 %±) ,长期依赖进口 ,市场前景广阔 。现在全球环保呼声甚高 ,国家强烈禁止含磷洗涤剂的使 用 ,4A 沸石代替三聚磷酸钠更符合环保的要求 ,其它的副产品也有着广阔的市场前景 。其它方面伊利石无毒无臭 ,质软滑腻 ,且呈丝绢光泽 ,分散性好 ,附着力强 ,具有反射紫外线的能力 ,可代替滑石粉用于化妆品中 ,同时伊利石的 p H 值一般为 67 ,化学性能稳 定 ,矿物组分简单 ,不含对人体有害的成分

15、。伊利石具有较强的附着力 ,耐冲刷 ,很宜于作建筑涂料 ;还可用于石油脱色 ,经活化处理的伊利石脱色能力更强 ;伊利石处理原子能 (放射性) 半衰期长的锶 、铯的同位素废物有独特 的吸附固定能力 ,也是一种良好的环保矿物材料 。由于伊利石具有较好的化学惰性 ,电绝缘性 、绝热性及随温度升高体积膨胀的特性 ,可作为一种新型的传压介质材料 ,尤其在合成金 刚石工业上 ,其性能在某些方面已经优于叶腊石 ,其钛 、铁杂质对合成金刚石不但无害 ,且为 有益的添加剂 ,同时 ,所需合成功率下降 ,有利于节能16 ,17 。伊利石综合利用前景展望4伊利石是一种有着广阔应用前景和市场潜力的粘土矿物资源 ,在化

16、肥 、橡塑 、造纸 、陶瓷等许多行业都占有重要的位置 ,随着合理选矿流程的选择 , 深加工改性12 ,13 , 除铁14 、增 国土资源部吉林地勘局第三实验室. 伊利石提取钾肥及联产 4A 沸石等综合利用小试成果报告 ,1999白15,超微粉加工等多方面技术的改善和提高 ,不同品质的伊利石资源必将得到最科学 、最合理的综合开发利用 。我国的伊利石资源比较丰富 ,近年来 ,浙江 、甘肃 、河南 、吉林等地都有多处大型伊利石矿床被发现并进行勘查 。从单纯的低价原矿出口 ,到深层次 、多方面的综 合开发利用 ,不仅可以带来巨大的经济效益 ,更符合全球性的资源保护和可持续发展战略的 宗旨 ,因此 ,必

17、将产生更加良好的社会效益 。参考文献 :王濮 ,潘兆橹 ,翁玲宝 . 系统矿物学 (中册) M . 北京 :地质出版社 ,1984 . 458459 .潘兆橹 ,赵爱醒 ,潘铁虹 . 结晶学及矿物学 (下册) M . 北京 :地质出版社 ,1993 . 170171 .胡兆杨 ,刘绍斌 ,莫如爵 ,等 . 非金属矿工业手册 (上册) M . 北京 :冶金工业出版社 ,1992 . 102103 .樊素兰 . 非金属矿产品质量标准手册 M . 北京 :地质出版社 ,1993 . 38 .彭勇军 ,李清梅 ,许时 . 我国伊利石矿的开发和应用现状 J . 矿产保护与利用 ,1995 ,15 (3)

18、 :1718 .金光龙 . 温州伊利石矿及利用情况简介 J . 非金属矿 ,1988 ,11 (3) :24 .何军生 . 劈裂饰面砖粘土原料 河防口伊利石粘土岩 J . 建材地质 ,1990 ,11 (3) :2122 . 钱定福 . 舒山伊利石矿填料加工的中间试验 J . 矿产保护与利用 ,1994 ,14 (5) :2429 . 姬清海 . 平顶山市伊利石在橡胶中的应用研究 J . 矿产保护与利用 ,1999 ,19 (3) :2527 .郭国甫 . 叶营伊利石矿及其在橡胶制品中的应用研究 J . 非金属矿 ,1997 ,20 (3) :5860 .郭国甫 ,钱定福 . 伊利石粉填料在塑

19、胶制品中的开发应用初探 J . 非金属矿 ,1996 ,19 (1) :4345 .黄继泰 ,戴劲草 ,贝逸翎 ,等 . 伊利石矿粉的改性及其在橡胶中的应用 J . 中国矿业 ,1995 ,4 (6) : 5255 .杨慧芬 ,周张健 ,蒋胜昔 ,等 . 伊利石的机械力化学改性研究 J . 中国矿业 ,1998 ,7 (2) :6264 .陈金中 . 伊利石矿降铁降钛选矿工艺研究 J . 非金属矿 ,1999 ,22 (2) :2628 .吕宪俊 ,罗发 ,李素梅 ,等 . 浙东伊利矿增白试验研究 J . 非金属矿 ,1997 ,20 (2) :3335 .周张健 ,陈代璋 . 伊利石的物化性

20、能及其高温演化 J . 矿物岩石 ,1999 ,19 (3) :2022 .周张健 ,陈代璋 ,陈本富 ,等 . 一种新型传压介质材料 伊利石的研究 J . 非金属矿 ,1999 ,22 ( 5) :3637 .1234567891011121314151617Ill ite : A Ne w Potent ial Cla y Mineral MaterialL I Xiao- min1 , KOU Xiao- wei2( 1 . Cha n gch u n U ni versi t y of S cei nce a n d Tech nology , Cha n gch u n 130026 , Chi na ; 2 . T he T hi r d Geological Tea m , J i li n B u2rea u of Geology a n d M i neral Resou rces Ex plorat ion a n d Develop ment , S i pi n g 136000 , Chi na)Abstract :Illite is a kind of layer silicates co ntained hyd