超声辅助插层与微波加热制备高膨胀率膨胀蛭石的实验研究

【作者】 印红梅； 孙红娟； 彭同江； 罗利明；

【机构】 西南科技大学矿物材料及应用研究所； 西南科技大学固体废弃物资源化教育部重点实验室；

【摘要】 蛭石工业应用的基础主要是制备膨胀蛭石,膨胀蛭石占商业应用大约90%。蛭石的膨胀性能与其层间结构和水分子的脱除过程密切相关,为了更好地理解蛭石的热膨胀过程微观结构变化和膨胀机理,对新疆尉犁产出的工业蛭石采用超声辅助插层技术,并结合微波加热法,制备高膨胀率膨胀蛭石。利用XRD和SEM等对膨胀蛭石进行了物相组成、晶体结构和微观形貌分析,结果表明,工业蛭石由蛭石、金云母-蛭石间层矿物和金云母组成,膨胀蛭石中蛭石晶层堆叠有序度降低,衍射峰几乎消失,金云母-蛭石的衍射峰强度变弱、d值减小,金云母的衍射峰相对强度提高、d值无明显变化（图1）;工业蛭石膨胀倍数先随蛭石质量与双氧水体积之比增大而增大,固液比超过1:3后膨胀倍数反而减小,堆积密度与膨胀倍数呈负相关（图2）;工业蛭石呈棕黄—棕黑色,片径为3～4 mm、厚度约为0.5 mm,膨胀蛭石呈浅黄色轻质、多孔的长条,显微结构呈200μm～300μm周期排列的"手风琴"状（图3）。膨胀蛭石的膨胀倍数随双氧水（H₂O₂）和草酸的用量而变化,在双氧水浓度为30 wt.%,固液比为1:3,超声处理40 min后静置12 h,微波功率700 W的条件下加热7 min,获得膨胀率高达60倍的高膨胀率膨胀蛭石,堆积密度仅为20 kg/m³。在超声波与双氧水作用下,过氧化氢分子由片层边缘向内进入蛭石晶层层间域,经微波加热,蛭石层间域中的自由水、结合水与H₂O₂一起受热分解,产生水蒸气与氧气的气体压力将蛭石晶层的层间域撑大。高膨胀倍率膨胀蛭石松散堆积密度小、脆性小、绝缘性好、隔热性强,可广泛应用在保温、隔音、防火、储能等方面。工业蛭石矿产性能优异、量大面广,在"先进建筑材料"、"环境友好性非金属矿物功能材料"和"重大工程用先进基础材料"等领域具有重要作用。更多还原