目 录
1前言 1
1.1 蛭石简介 1
1.2 蛭石的应用 3
1.3膨胀蛭石的研究进展 4
1.4蒸汽爆破法解离蛭石的指导思想 6
1.5 本课题研究目的与方法 6
2、实验部分 7
2.1 实验原料及药品 7
2.2 仪器和设备 7
2.3实验方案 7
2.4检测与表征 9
3 结果与讨论 10
3.1蛭石原矿表征 10
3.2 蛭石粒径选择 12
3.3 浸润时间对蛭石解离效果的影响 13
3.4 助剂对蛭石解离效果的影响 14
3.5饱和水蒸气协同氮气对蛭石解离效果的影响 16
3.6压力对蛭石解离效果的影响 17
3.7 温度对蛭石解离效果的影响 17
3.8 微爆次数对蛭石解离效果的影响 18
3.9 有机溶剂对蛭石解离效果的影响 19
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
1前言
能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替，能源的开发利用极大地推进了世界经济和人类社会的发展。自1973年爆发能源危机以来，节能受到各国政府的高度关注，国外将节能称为第五常规能源等同石油、煤、天然气和电力并列为五大常规能源。[1]在我国能源消耗中，建筑能源约占全国能源消耗总量的25%。建筑能耗主要是使用过程的能耗，特别是其中采暖和空调能耗为主，因此发展高效的节能保温材料是最有效，最经济的节能措施之一[1,2]。
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的保温材料在应用上都存在不同程度的缺陷[3,4,5]：硅酸钙在湿度较大的环境下会产生腐蚀性的氧化钙，并且由于长时间保存水分，不适合在低温环境中使用，也不适用于高温；矿物棉同样存在吸水性不适用于低温环境，只适用于干燥的高温环境；聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫在高温环境下稳定性较差；泡沫玻璃对热冲击较为敏感，因而不适用于温度急剧变化的环境。
蛭石由于其特有的片层状结构以及高温煅烧时良好的膨胀性[6]，使膨胀蛭石不但本身具有较低的导热系数和体积密度，而且其表面特有的鳞片结构还能够反射热辐射，并且无论在低温还是高温环境下，蛭石的化学性能都不会发生改变，具有优良的化学稳定性。膨胀蛭石在隔热材料中可以直接作为隔热层，也可作为隔热层的填充材料，因此优质的膨胀蛭石是其高值化的应用之一。
1.1 蛭石简介
蛭石是一种在工业和农业方面都有很多应用的非金属矿物[7]。世界蛭石的产地主要在美国，南非，中国和俄罗斯等国家。我国蛭石储量相对较少，主要分布在新疆、内蒙，其次分布在河南、河北、山西、陕西、江苏、湖北、安徽等地区，其中新疆尉犁且干布拉克蛭石矿床是我国发现的最大的蛭石矿床，估计总地质储量世界第二[8]。
工业上通常所指的“蛭石”通常是蛭石及其混层矿物的集合体，研究表明蛭石晶层通常是由黑云母、金云母等层状硅酸盐矿物热液蚀变或黑云母风化而成，过程并非简单的云母中的钾离子被其他水化阳离子所交换，而是伴随着结构和化学成分的改变。
1.1.1 蛭石的成分
蛭石由于其是由云母、绿泥石等热液蚀变和风化而形成，因而工业蛭石的成分较为复杂，其化学成分通常含SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、H2O，此外还有Li、Cr、Ti、Ni等微量元素。彭同江、刘福生[9]等人通过大量实验研究得到了蛭石矿物的晶体化学式为(Mg，Ca，Na)x(H2O)n｛(Mg，Fe，Al)3[(Si，Al)4O10](OH)2｝,其层电荷数在0.6～0.9之间，层间水分子数n随环境温度和湿度的变化而变化。层电荷由层间可交换阳离子补偿，主要由硅氧四面体[SiO4]结构单元中Al3+替代Si4+产生的剩余电荷引起，部分为镁氧八面体结构层的Fe3+、Al3+替代Mg2+产生的剩余正电荷，两者抵消后的净负电荷即为层电荷。
1.1.2 蛭石的结构
蛭石（vermiculite）的矿物名称最早来自于拉丁文，带有“蠕虫状”、“虫迹型”的意思，中文译为“蛭石”，即其灼烧后像水蛭一样弯曲的意思。蛭石是一种结构单元层为2:1型、层间具有水分子和可交换阳离子的三八面体或而八面体层状硅酸盐矿物。其结构如图1-1所示。
图1-1 蛭石晶体结构示意图
蛭石结构单元层主要是由两个硅氧四面体层和其中夹有一个八面体层组成，这三层形成一个1nm左右厚的结构单元层，多个这样的单元层堆置成蛭石晶体[10]。在蛭石四面体片中由于 Al 代 Si 而产生层电荷，导致层间充填可交换阳离子和水分子。可交换阳离子的存在为阳离子的进入提供了条件。水分子以氢键与结构层表面桥氧相连接，在水分子内彼此又以弱的氢键相互联结。部分水分子围绕层间阳离子作八面体配位，形成水合络离子[Mg(H2O)6]2+，即蛭石结构水，在结构中占有固定的位置；部分水分子呈游离状态，即层间水分子。
1.1.3 蛭石的性能
蛭石通常呈片状，颜色通常呈褐、黄褐或古铜色，有时也带绿色；其表面有类似于玻璃或油脂的光泽；硬度大概在1～1.5左右；蛭石解离完全后的薄片具挠性，有时微具有弹性。其密度在2.4～2.7g/cm3左右。由于蛭石片层之间存在水化阳离子层，使工业蛭石具有良好的阳离子交换性能[11]、吸附性能[12]和加热膨胀性能[13]。
1、 膨胀性
蛭石具有独特的加热膨胀性能。膨胀后的产物叫膨胀蛭石（国外也叫剥分蛭石），蛭石膨胀后呈水蛭状。膨胀后的蛭石其颜色通常呈银白色或亮黄褐色，有金属光泽。其膨胀后体积变大，密度减小。
蛭石急剧膨胀后的厚度可增大到15至20倍，甚至达40倍，其体密度由原来的2.4～2.7g/cm3降低到0.6～0.9g/cm3。由于蛭石存在细小的空气间隔层，因而具有导热系数小、容重小的特性，具有优良的隔热、保温、吸音吸水性能等。
2、 阳离子交换性能
蛭石片层间的阳离子为可交换的阳离子，其具有较高的层电荷，因而阳离子交换容量较高。蛭石具有较好的吸附性能，尤其是对放射性元素具有较好的吸附性能。膨胀蛭石也具有较好的吸附性能，具有较好的洗水性，随体积密度的变大其吸水率也相应增加。
3、 隔音、隔热和耐火性
膨胀蛭石片层之间具有空气间隔层，当声波传入时，层间空气振动，使部分音能转化为热能，从而产生较好的隔音效果。其层间距越大则隔音效果越好。膨胀蛭石的熔点在1370～1400℃，因而在高温下不会燃烧，并且在一定的高温下，其性能也不会改变。
4、 耐冻性和抗菌性
蛭石能够经过多次冻融交替其结构都不会被破坏，同时它的强度性能也不会改变。膨胀蛭石能够保持在-30℃保持性能和体积不变，也不发生任何变形。蛭石不易受到菌类侵蚀，且能排斥其他昆虫或害虫。因而不腐烂、不变质、不易被动物蛀坏。
1.2 蛭石的应用
蛭石在煅烧前后有明显的性质上的差异，天然蛭石呈片状，片层之间堆置紧密；而经高温煅烧后的蛭石，其结构疏松多孔，质地柔软，无阳离子交换性能。蛭石在农业、建筑、环保等领域都有很多的应用[14]。

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