蒙脱石

蒙脱石（imvite），无机矿物，分子式为(Na,Ca)₀.₃₃(Al,Mg)₂[i₄O₁₀]OH₂·NH₂O属于单斜晶系，由硅氧四面体和铝氧八面体组成，颜色为白色和红色、黄色、黑色或绿色，有时浅灰色。存在形式不同，层次分明、似层状、透镜状、脉状等。蒙脱石颗粒较细，约为0.2 ~ 1微米，具有胶体分散特性在电子显微镜下，晶体通常不规则且无光泽。蒙脱石因其优异的物理和化学性能而被用作缓释剂、吸附剂、催化剂、增稠剂、触变剂、脱色剂广泛用于医药、化工、食品、新材料等领域。蒙脱石不仅具有药用价值，还可以吸附水中有毒的重金属元素和有机污染物。蒙脱石天然存在于膨润土中，主要通过提纯获得。

膨润土的主要成分是蒙脱石当膨润土中蒙脱石含量超过80时%可以称之为蒙脱石。膨润土在世界上储量丰富，但分布不均匀，主要分布在环太平洋地区、印度洋带和地中海—黑海带。主要资源是中国、美国、俄罗斯、希腊、土耳其、德国、意大利、墨西哥和日本等前三个国家的探明储量占世界的45 美国储备/5。世界与政治美国已探明的膨润土矿静态可采储量仍可开采216年.52亿吨(不包括中国)其中，钠基膨润土约5亿吨，主要产于美国怀俄明州，储量从6800万吨到1.2亿吨，前苏联、意大利、希腊和中国也有分布。中国膨润土资源超过80亿吨，占世界总量的60%，居世界第一，其中70%以上都是钙基膨润土。

i-O四面体

蒙脱石是一种2∶1层状粘土矿物，其晶胞由两层顶角向内的硅组成-o四面体，中心有一层铝-O或Mg-o八面体形成结构层。i-O四面体由位于四面体中心的一个i和四个等距的O ，这是四个协调。相邻的四面体由底氧反向连接，所有的底氧都在一个平面上，而顶点氧则在另一个平面上。

Al-O八面体

铝氧八面体由六个O或OH原子和配位原子Al组成、镁或铁位于八面体的中心，是六配位的。相邻的八面体共用一条边，顶部的O或OH结合形成八面体平行的顶面和底面，底面上的投影为六边形环。

层板结构

蒙脱石穿过硅层间（铝）氧以共价键结合，铝氧层中的铝原子在成岩过程中被低价原子如镁原子取代，因此配位氧的电负性无法得到补偿，从而在层压板上形成永久性负电荷位点，这些位点通过吸收层间阳离子实现电荷中和。脱矿作用的特殊片层结构使片层空间可进入，从而赋予蒙脱石独特的物理和化学性质例如，在合成一些环境功能材料的过程中，利用这种受限空间原位合成的材料具有极小的粒径、极高的反应性等特点。

由于构成蒙脱石的八面体片层中的同构取代，蒙脱石的结构层带负电荷，相应数量的阳离子和水分子将不可避免地出现在层间，从而导致膨胀和收缩。此外，结构单元层之间通过范德华力连接，结合力弱，结构松散，在一定剪切力作用下容易滑动甚至剥离，水和其他极性分子或离子容易进入层内进行交换、物理和化学反应，如吸附，使晶格沿堆叠方向膨胀，层间距增加，因此蒙脱石的C轴尺寸不固定，吸水后体积膨胀，脱水后体积收缩。

蒙脱石呈白色带浅灰色，有时带浅蓝色或浅红色，光泽暗淡，颗粒细小，呈胶状分散特征，通常呈块状或土状集合体。在电子显微镜下，晶体通常呈不规则形状。蒙脱石具有很强的吸附能力和离子交换能力，呈高度胶状、可塑性和粘结力。各种富铝硅酸盐矿物在碱性条件下可通过风化热液蚀变或沉积变质作用形成蒙脱石。

阳离子交换性

阳离子交换是蒙脱石最重要的性质之一。吸附在蒙脱石层间的阳离子是可交换的。在水介质中，其他可交换的阳离子和水分子可以进入层间，并且这一过程是可逆的。通过阳离子交换对蒙脱石进行改性，可以制备钠基膨润土、锂基蒙脱石、活性白土、柱撑蒙脱石、有机蒙脱土等产品。蒙脱石阳离子交换的主要原因有两个，即晶格置换和键断裂。晶格置换引起的阳离子交换占主导地位，约占总量的80%其中八面体晶格中的置换是主要的，因为八面体晶片离层间阳离子较远，所以它对阳离子的结合能力较弱，更容易被交换。键断裂产生的负电也通过吸附阳离子来平衡，这随蒙脱石的粒径和溶液的pH值而变化。

吸水膨胀性

蒙脱石含有大量的羟基，亲水性强，吸水膨胀特性显著。其膨胀的主要原因是基于层间阳离子的水合作用，它吸收水分子形成水合膜，增加了层间间距并膨胀。蒙脱石的水化膨胀主要包括三个阶段：1）表面水合作用，蒙脱土结构表面和端面存在大量不饱和断键，如i-OH、Al-哦等等水分子可以通过与水分子形成氢键或通过吸附可交换阳离子而被吸附。2）电离层间可交换阳离子水合形成水合阳离子。3）渗透水化后，层间距增加到一定程度，由于晶体层内外离子浓度的差异，水分子进入层间，阳离子扩散到水中，形成双电层，产生斥力，增加层间距并引起膨胀。在上述三种水合方法中，后两种是主要的。

分散悬浮性

由于蒙脱石结构单元层间的结合力较弱，水分子容易渗入层间，增加层间间距，使层间分散剥离。蒙脱石在水溶液中水合后以胶体形式充分分散。一方面蒙脱石颗粒细小，另一方面水分子可以进入层间，使蒙脱石晶体层间因静电排斥而相互分离。在水介质中，由于蒙脱石颗粒带负电荷且相互排斥，在低浓度下难以形成大颗粒聚集体，因此具有良好的可悬浮性，可用作悬浮剂一般来说，悬浮性随着pH值的增加而增加，并且在碱性条件下比在中性和酸性条件下更好。

增稠性

当蒙脱石与水混合时，表面水合能和阳离子水合能大于层间吸引力，使蒙脱石体积膨胀并形成独立的片晶。在蒙脱石片层边缘，由于铝氧键和硅氧键的断裂，片层端面带正电荷，可以吸引表面的负电荷，边缘和表面相互关联，形成巨大的三维网络结构。将水分子、乳胶颗粒被包裹隔离，增加了运动阻力，从而达到增稠效果。随着时间的延长，这种胶体结构趋于稳定。当施加剪切力时，胶体结构被破坏，相互吸引的片层被分散，从而减少了颗粒运动的阻力，降低了体系的粘度。带电粒子，如分散剂六偏磷酸钠，可以吸附在蒙脱石的端面上，以中和边缘的正电荷，从而破坏结构的稳定性。加入正电荷可以中和酸阴离子，恢复端面的正电荷，重新形成胶体结构，进一步增加粘度。

稳定性

蒙脱石是一种天然无机矿物材料，具有良好的稳定性和耐候性。1）化学稳定性好，蒙脱石不溶于水和各种溶剂，在室温下不能被还原、氧化，耐酸碱度范围广，且其结构不易受酸的影响、碱、盐等的影响，带有有机阴离子、醇类溶剂等具有良好的相容性。2）热稳定性好，脱羟基温度是评价蒙脱石热稳定性的一个尺度，反映了其热稳定性。蒙脱石的脱羟基温度一般为550℃-在750℃时，结构羟基被去除但层结构未被破坏，表现出良好的热稳定性。3）生物稳定性好，蒙脱石不受细菌影响、微生物等，它的悬架在炎热和潮湿的条件下，特别是在潮湿的环境或夏季30-在40℃的高温下放置，不容易发霉变质，不会出现像纤维素一样的情况、黄原胶和其他有机增稠剂、气味和粘度降低，优异的耐腐蚀性和抗降解性。

吸附特性

比表面积和离子交换性能是影响蒙脱石吸附性能的两个重要因素。蒙脱土具有细颗粒和大的内部比表面积，同时，由于表面上的铝醇基（Al-OH）硅烷醇不平衡形成各种活性位点（Lewi acid and Berntein acid）这些特性决定了蒙脱石颗粒的表面、晶体层中存在一些吸附位点。蒙脱石对污染物的吸附可分为物理和化学两个方面、化学和离子交换吸附常用于吸附有害细菌及其毒素、霉菌毒素、重金属离子和农药等。

有害细菌及其毒素的吸附

大多数有害细菌表面带有负电荷，而蒙脱石晶体层含有许多带正电荷的金属阳离子，因此它们可以通过静电引力和分子间力物理吸附有害细菌，降低其生物利用率，最终通过肠道蠕动排出体外。蒙脱石对有益菌的吸附作用可能较弱，吸附肠道有害菌后有利于有益菌的生长繁殖。

蒙脱石

固定霉菌毒素

蒙脱石对黄曲霉毒素、尖孢镰刀菌4号-烯醇等许多霉菌毒素具有化学吸附作用，可减少其对畜禽的负面影响。蒙脱石吸附、霉菌毒素固定化的主要机理：通过分子间力、静电吸附和表面吸附力将转化霉菌毒素分子结构中包含的极性基团（如氨基、羟基）或可极化基团（如苯基等）固定在蒙脱石多孔结构中；同时，具有刚性平面分子结构的霉菌毒素也可以进入蒙脱石的内表面并与其晶体层中的金属阳离子相互作用，从而使固定的霉菌毒素不易脱附并形成稳定的霉菌毒素-蒙脱石复合体和霉菌毒素的生物利用度降低，形成的复合体可以排出体外。

吸附重金属

蒙脱石利用其离子交换吸附作用吸附日粮中的重金属，有效降低了重金属对畜禽的危害。此外，蒙脱石可以吸附水中的重金属，有利于防治水中重金属污染。

吸附农药

农药在蒙脱石矿物中存在多种吸附模式，这也是农药的重要环境化学行为当农药分子强烈吸附在蒙脱石矿物的层间域时，其生物活性和微生物降解作用会减弱。蒙脱石层间域的这一特性对农药分子在环境中的演化具有重要意义有可能积极研究粘土矿物与土壤和农药之间的相互作用机理，以优化新农药、减少农药的使用和减少农药对环境和地下水的污染提供科学依据。

改性蒙脱石

蒙脱石与层间阳离子以静电形式吸附，遵循库仑 定律，即离子电荷越多，吸引力越强。因此，蒙脱石的水化性能与层间可交换阳离子密切相关通常，离子的价态越低，水合性能越好。蒙脱石钠化后，钠化蒙脱石具有更好的水分散性、悬浮性、膨胀性、增稠和润滑性等，所以它的用途更广泛。

提纯膨润土以获得更高含量的蒙脱石有两种方法，干法和湿法。干法是选矿的主要方法，适用于蒙脱石80%上述膨润土选矿工艺流程简单产能大，但产品质量难以控制。自20世纪70年代以来发展了湿法选矿，该方法适用于蒙脱石30%~80%该方法提纯低品位膨润土，产品质量稳定。测试结果表明蒙脱土含量为65%经过三级提纯后，蒙脱石含量提高到90%左右。湿法净化工艺没有粉尘飞扬，但耗水量大，生产周期长，成本高，因此难以大规模生产，但其净化后的产品用于精细化学品、轻工日化等高附加值产品的生产可获得较好的经济效益和社会效益。湿法提纯的主要缺点是蒙脱石的最终含量仅为90%关于，可以和因为它含有非常少量的应时长石云母和其他杂质。

医药应用

蒙脱石在医学上可用作药物载体。蒙脱石散可用于治疗消化系统疾病。蒙脱石也是一种优秀的止血剂蒙脱石颗粒细小，可在出血面聚集形成以蒙脱石颗粒为核心的血凝块，还可激活低浓度凝血因子，加强消化道出血的局部止血。蒙脱石是一种天然的粘液稳定剂，可与消化道粘液蛋白结合， 可使粘液体积、质量、凝聚力和弹性增加， 保护和修复消化道粘膜。同时，由于蒙脱石晶体层可以在动物消化道中滑动打开并延伸，因此可以形成连续的保护膜。

畜禽生产

蒙脱石可以缓解霉菌毒素、重金属、有害细菌和其他对动物健康和生产的负面影响同时，在日粮中添加蒙脱石可以改善畜禽的肠道健康，降低腹泻率，减少氧化锌的使用，改善畜禽的生长或生产性能，提高产品质量和增强机体的健康水平。还可用作养殖环境的消毒剂等改善培养环境，降低感染风险。然而，日粮中过量添加蒙脱石会对动物的健康和生产性能产生负面影响蒙脱石具有膨胀性，当它与水接触时，会形成一种面团状的粘性结构物质，其体积可以增加几倍，这将减缓食糜在胃中的循环速度，并可能使动物在身体上感到饱胀，从而减少进食量。蒙脱石罐头t为畜禽提供额外的营养物质，但添加高水平的蒙脱石会导致日粮营养物质的稀释，因此动物可以 我得不到足够的营养；同时，蒙脱石可能会吸附肠道中的一些营养物质（如矿物元素、维生素等），降低营养物质的利用率。蒙脱石含有氧化钙等物质，与水接触后产生放热反应，畜禽食用时可能引起口腔、舌头灼热悲伤，降低了饲料的适口性。

日用品应用

钙基蒙脱石可以作为填料直接添加到日化产品的配方中，利用其优异的流变性能还可以将其用于洗面奶等皮肤清洁产品中、沐浴露等，面膜等护肤品、乳液、面霜洗发水等护发产品、发蜡和牙膏、洗涤剂等产品具有良好的吸附性、清洁、悬浮、触变、增稠、稳定、改善肤感等作用。

环境保护

粘土含有丰富的矿物资源，具有特殊的吸水性、可塑性、附着力和强离子交换性，在环境治理中，可用于污水净化油污处理废塑料处理、城市垃圾处理空气净化和放射性废物处理等。利用蒙脱石的吸附作用，可以吸附污水中的阳离子和有机污染物，达到环保的效果。

建筑工程

在建筑工程中，蒙脱土可以代替昂贵的白炭黑作为橡胶填料。膨润土在涂料中主要起防沉降作用、抗流挂、改善施工性、调节流变性能等，可用于水性油墨、家具漆、工业漆和建筑涂料等。此外，钙基蒙脱石遇水后体积会膨胀，具有疏水性。因此，由钙基蒙脱石制成的防水材料是永久性的、高度密实性、自保水性能好、对人体无害等优点。