黏土物质

吸附剂是能有效地从气体或液体中吸附其中某些成分的固体物质。吸附剂一般具有以下特点: 比表面积大、孔结构适宜、表面结构复杂及带特殊官能团等。金属类氧化物，主要通过表面络合、取代羟基或静电引力来吸附物质;黏土矿石类，通过配体交换或静电引力等来吸附物质; 活性炭类，具有较大的比表面积，主要是通过静电引力对污染物质进行吸附。

吸附材料对磷的吸附大都受到反应温度、反应时间、反应pH值的影响。

对于铁锆元素化合物，还要受溶液中离子的影响。反应温度对吸附材料吸磷的影响在于反应温度的升高会使得分子运动加快，更快地通过吸附材料的空隙。所以说，在一定温度范围内，温度的升高会使得矿石黏土类物质吸磷效果达到最佳值。但过高温度会使得吸附材料吸附性能降低。反应时间对吸附材料的影响在于所有的反应都是需要时间去达到最佳状态。

不管是离子间静电力作用、配体交换作用还是活性炭的吸附作用。2种作用与活性炭吸附都需要时间去达到最好效果。

pH值对于矿石黏土类物质和金属元素化合物吸附磷都是很重要的影响因素。pH值变化直接影响到溶液中的阴阳离子种类及其浓度。在一定pH值内，对大部分吸附材料来说其对磷的吸附量都有一定提高，随着溶液pH值的变化，溶液中离子的变化，吸附量逐渐变小。但对于天然沸石其吸附量受pH值影响不大。

其他因素对吸磷的影响也是在于通过影响吸附材料的孔径和吸附材料与溶液中的离子反应来达到影响吸附材料吸磷效果的。虽对于磷的吸附材料很多，本文所述有矿石黏土，金属氧化物，但不同材料对磷的吸附量差异性很大，特别是有些天然的吸附材料，而有的改性材料吸附性能就很好。所以今后对磷吸附材料研究重点将在改性材料和复合材料。

我国工农业的快速发展，使得大量含磷废水进入水体，磷是水体富营养化的重要因素之一。同时，它也是生物体重要的生长元素和营养元素，是不可随意替代的。磷作为引起水体富营养化的关键因素，一般水体中总磷的浓度超过0.02 mg/L时，水体就会发生富营养化现象。水体的富营养化会使得水质恶化;会使水体藻类快速生长，水体缺氧，影响着水中鱼虾生存，甚至会导致鱼虾死亡，危害着渔业的发展; 会影响饮用水的安全; 会危害人类身体健康。

当前，废水中除磷的主要方法有生物法、化学法、吸附法;虽然用生物法或者化学法去处理废水中的磷取得了一定的成就，但是2种处理方法存在处理费用高和容易导致二次污染的问题。还有膜技术处理法，膜技术主要存在膜通量小，且易堵塞，使用期短等问题;而吸附法是借助吸附材料去除特定物质的一种具有效率高、能耗低等优点的方法。

（一）矿物组成

为便于研究黏土的矿物组成，根据其性质和数量可分成两大类，即黏土矿物和杂质矿物。

黏土矿物的种类和性质已如前所述，主要为高岭石类、蒙脱石类和伊利石类，以及较少见的水铝英石等。

除此之外，在黏土形成过程中，常由于岩石风化未完全，或由于其它因素而混入一些非黏土矿物和有机物质，这些物质我们统称为杂质矿物。杂质矿物通常以细小晶粒极其集合体分散于黏土中，常会影响甚至决定黏土的工艺性能。

杂质矿物的类别及其影响：

1）石英和母岩残渣。这些杂质一般以较粗颗粒混在黏土中，对黏土的可塑性和干燥后强度产生很大影响。工厂多采用淘洗法除去粗颗粒杂质。

2）碳酸盐及硫酸盐类。细颗粒的碳酸盐分布在黏土中对其影响不大，碳酸盐在高温下可分解出CaO、MgO，起熔剂作用，能降低陶瓷的烧成温度。较多的硫酸盐在氧化气氛中容易引起坯泡。

3）铁和钛的化合物。这类杂质矿物能使坯体呈色，降低黏土的耐火度，也会严重影响制品的介电性能、化学稳定性等。

4）有机杂质。黏土中存在少量的有机杂质，可以增加黏土的可塑性和泥浆的流动性，但有机物质过多时也可能会造成瓷器表面起泡与针孔。

（二）化学组成

由于黏土中的主要黏土矿物都是含水的铝硅酸盐。此外，还有少量的碱金属氧化物以及碱土金属氧化物等。

一般黏土原料的化学分析如包括以上九个项目，即已满足生产上的参考需要。

（三）颗粒组成

是指黏土中含有不同大小颗粒的质量分数。

为什么黏土中的细颗粒愈多愈好？由于细颗粒的比表面积大，其表面能也大，因此黏土中的细颗粒愈多时，则其可塑性愈强，干燥收缩大，干后强度高，在烧成时也易于烧结，烧后的气孔率也小，有利于成品的力学强度、白度和半透明度的提高。

此外，黏土的颗粒形状和结晶程度也会影响其工艺性质。片状结构比杆状结构的颗粒堆积致密，塑性大、强度高；结晶程度差的颗粒可塑性也大。

测定黏土原料颗粒大小的方法很多，有用显微镜、水簸法、浑浊计法、吸附法等。最简单和最普通的方法是筛分析（0.06mm以上）与沉降法（1~50um）。

黏土的化学组成、矿物组成和颗粒组成决定着黏土的工艺性能：

黏土壤土可塑性

黏土与适量的水混合后形成泥团，在外力的作用下，泥团发生变形但不开裂，外力散去后，仍能保持原有形状不变，黏土的这种性质称为可塑性。

黏土壤土结合性

黏土的结合性是指黏土结合非塑性原料而形成良好的可塑泥团并且有一定的干燥强度的能力。黏土的结合性对于半成口的干燥、修坯和上釉存在着重要的影响。黏土垢结合性由其结合瘠性料的结合力的大小所决定的，而结合力的大小又和黏土矿物的种类、结构等因素相关。一般来讲，可塑性强的黏土，其结合力也大。

黏土壤土触变性

黏土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，黏度会降低，而其流动性则会增加，静止后逐渐恢复原状。此外，泥浆放置一段时间后，在保持原水分不变的条件下也会出现变稠和固化的现象。黏土的这种性质称为触变性。

黏土壤土收缩

黏土泥料在一定温度下干燥时，由于颗粒间水分的排出，颗粒之间相互靠拢以及颗粒间距缩短而引起的体积收缩，称为干燥收缩。干燥后的黏土泥料经过高温煅烧时，由于发生诸如脱水作用、分解作用、莫来石的生成、石英的晶型转化、易熔杂质的转化以及各类熔融物填充质点间空隙等一系列物理化学变化，使得黏土泥料进一步收缩，称为烧成收缩。成型黏土样品经过干燥和煅烧后的尺寸总变化称为总收缩。

黏土壤土烧结

黏土是由多种矿物混合而成的，没有固定的熔点，而是在一定的温度范围内逐渐软化。

当黏土在加热煅烧的过程中，到达一定温度（800℃~900℃）后，继续升高温度时，黏土中低共熔物质开始熔化，液相出现并逐渐增加，填充在固体颗粒之间，由于液相表面张力的作用，使得未熔颗粒进一步靠拢，引起体积急剧的收缩，气孔率下降，密度提高，这种对应体积开始急剧变化时的温度称为开始烧结温度。

当温度继续升高时，收缩将不断增大至最大值，气孔率降至最小值，密度达到最大值，黏土完全烧结，此时对应的温度称为烧结温度。

（一）黏土的成因

黏土是由富含长石等铝硅酸盐矿物的岩石经过风化作用或热液蚀变作用而形成的。这类经风化或蚀变作用而生成黏土的岩石统称为黏土的母岩。

母岩经风化作用而形成的黏土产于地表或不太深的风化壳以下；母岩经热液蚀变作用而形成的黏土常产于地壳较深处。

风化作用类型有：1）机械的（物理的）；2）化学的；3）生物的。

热液蚀变型：高温岩浆冷凝结晶后，残余岩浆中含有大量的挥发分及水，温度进一步降低时，水分则以液态存在，但其中溶有大量其它化合物。当这种热液（水）作用于母岩时，会形成黏土矿床，这就称为热液蚀变型黏土矿，如衡阳界牌土。

（二）黏土的分类

1、按成因分类

1）原生黏土：又称一次黏土，残留黏土，是母岩风化崩解在原地残留下来的黏土。特点：颗粒较粗，可塑性较差，耐火度高。

2）次生黏土：又称二次黏土，沉积黏土，是由风化形成的黏土，经雨水河流的冲刷及有时外加风力的作用，迁移至盆地或其他地势较低处沉积下来，而形成黏土层。特点：颗粒较细，可塑性较好，耐火度差 。

2、按可塑性分类

1）高可塑性黏土：软质黏土。其分散度大，多呈疏松状。如粘性土、膨润土、木节土等。

2）低可塑性黏土：硬质黏土。其分散度小，多呈致密块状。如叶蜡石、焦宝石、瓷石等。

3、按耐火度分类

1）耐火黏土：一般耐火黏土的耐火度在1580℃ 以上，较纯，含杂质较少。

2）难熔黏土：其耐火度在1350~1580℃ ，含易熔杂质在10~15%。

3）易熔黏土：其耐火度在1380℃ 以下，含有大量的杂质。

4、按化学组成分类

1）富铝黏土 ；2）贫铝黏土。

（三）黏土的主要矿物类型

黏土矿物主要为高岭石类（包括高岭石、多水高岭石等）、蒙脱石类（包括蒙脱石、叶蜡石等）和伊利石类（也称水云母）等等。

1、高岭石类

因首先在江西景德镇东部的高岭村山头发现，故国际上都把这种制瓷黏土称为高岭(Kaolin)土，其主要矿物成分是高岭石(Kaolinite)和多水高岭石。

属于高岭石类的黏土矿物还有地(迪)开石(Dickite)、珍珠陶土(Nacrite)和多水高岭石(埃洛石Hallysite，又称叙永石，为我国四川叙永县以盛产这种矿物为主的黏土而得名)等。

2、蒙脱石类

概述：蒙脱石（Montmorillonite）也是一种常见的黏土矿物，以蒙脱石为主要组成矿物的黏土称为膨润土（bentonite），一般呈白色、灰白色、粉红色或淡黄色，被杂质污染时呈现其它颜色，其晶粒呈不规则细粒状或鳞片状。

特性：1）吸湿膨胀性：吸水后体积可膨胀20-30倍；2）离子交换性：在水中呈悬浮和凝胶状，具有良好的阳离子交换特性。

3、伊利石类

伊利石是白云母经强烈的化学风化作用而转变为蒙脱石或高岭石过程中的中间产物。

组成成分与白云母相似。

4、水铝英石

是一种非晶质的含水硅酸铝，它的结构可能是由硅氧四面体和金属离子配位八面体任意排列而成，没有任何对称性。

它与其它黏土矿物的区别是它能在盐酸中溶解。而其它结晶质的黏土矿物不溶解于盐酸，但溶解于硫酸。

它在自然界中并不常见，往往少量地包含在其它黏土中。