非金属矿物材料有望在6大环境污染治理方面大展身手！
随着人类环保意识的增强和全球环保标准及要求的提高，环保产业将成为非常具有前景的新兴产业之一。而许多非金属矿物材料，如碳酸钙、石英、高岭土、滑石、硅藻土、沸石、膨润土、凹凸棒石、海泡石等经过加工（提纯、表面处理和复合）后，具有选择性吸附有害及各种有机和无机污染物的功能，且原料易得，本身不产生二次污染，有望在环境污染治理方面大展身手。
1、非金属矿物材料在污水处理中的应用
地表水体污染是目前环境污染中令人担忧的问题，地下水高氟、高砷、重金属离子的污染水质亟待改善，储量较大的微咸水也未得到有效治理与利用。这项量多面广的区域性水治理改善工程不是一般性环境污染治理技术所能支撑的。
成本低廉的天然矿物材料对各种污染物具有自净化作用，可以用来规模治污。许多国家尤其是发达国家对非金属矿物在污水治理中的应用非常重视，如蒙脱石、累托石、海泡石、沸石、硅灰石、电气石、硅藻土、方解石、磷灰石等，在水体污染治理中得到了不同程度的利用。
（1）水中重金属离子的处理
蒙脱石、海泡石等粘土矿物具有较大的比表面积和离子交换容量，吸附性能较好，对废水中重金属离子的吸附处理有着特殊的功效。
研究表明：钠基蒙脱石对处理电镀废水非常有效；若蒙脱石与聚合氯化铝交联处理废水中的Hg2+、Cd2+、Cr3+，去除率可达93%，并提高固液分离速度。
用NH4+Fe（SO4）2改性后的海泡石对Cr6+的去除效果很好；酸改性后的海泡石加热后，对Co2+有很好的吸附作用。
（2）水中有机污染物的处理
由于天然粘土矿物存在大量可交换的亲水性无机阳离子，使实际粘土表面常存在一层薄的水膜，因而不能有效地吸附疏水性有机污染物。这时需要对粘土矿物进行有机物改性，通常采用有机阳离子，通过离子交换，把粘土矿物中原先存在的无机阳离子置换出来，使其成为疏水性有机粘土，这样增加了粘土矿物中有机质含量，增强了去除疏水性有机污染物的能力。
将天然膨润土钠化后再进行无机聚合，能大幅提高膨润土对有机污染物的脱色去污能力，用它处理印染废水，COD去除率可达85%以上。
海泡石同时存在着位于硅酸盐“外表面”的硅烷醇基团形成的中性吸附位和用低价金属离子替代Si4+形成的负电吸附位，这两种位置在海泡石上的分布使得它对中性有机分子或有机阳离子有很强的吸附能力。海泡石不仅可用来吸附有机阳离子，近年来也有人尝试用它来吸附有机阴离子，并取得了很好的效果。
（3）水中无机污染物的处理
非金属矿物对水中的无机污染物也能有很好的处理作用。利用海泡石与氯化镁等无机物在适当条件下反应而研制成的新型复合吸附剂经过1%的HCl改性后能较好的吸附废水中的磷，去除率在98%以上。
柱撑蒙脱石具有很强的吸附硫酸根离子的能力，且pH在4-5范围时，硫酸根离子去除效果最好。
除了治理废水，非金属矿物还可以改造水质。西沙群岛饮用水就是用当地含沸石的火山角砾岩处理后，排除海水中的有机质，降低矿化度，减少氨离子和硝酸根，成为标准饮用水的。
我国某些干旱、半干旱地区地下氟含量偏高，导致“斑釉病”、“氟骨病”地方病发生。浙江地矿厅专家将缙云沸石经加工破碎、装柱、活化、水洗、明矾溶液处理后，在除氟器内处理义乌徐村氟含量高达22mg/L的井水，除氟效果明显，水质达国家饮用水标准。
2、非金属矿物材料在空气污染处理中的应用
（1）工业废气治理
美国联合碳化物公司用人工合成沸石回收SO2，含量由3500μL/L下降至15-25μL/L，回收率达99%。
我国杭州硫酸厂排放的尾气中含SO20.2%-0.5%，用改型缙云沸石吸附处理后，SO2仅含20-100μL/L，吸附的SO2解吸后，可回收重新使用。
（2）燃煤污染治理
治理燃煤污染，使用的固硫剂是一些含钙、镁、铝、铁、硅和钠的物相，由于在高温下形成的硫酸盐易分解，降低了固硫率。可以通过研究某些高温下形成疏松孔道结构的环境矿物材料作为固硫添加剂，营造燃煤内部氧化气氛，有效地阻止硫酸盐分解。
膨润土在高温下失去层间水，形成疏松孔道结构，吸附硫化反应产物硫酸盐，同时激活自身层间固硫离子如钙、镁等，有利于促进固硫反应。
研究表明，蛭石尾矿具有良好的固硫效果，其固硫活性因燃烧温度而异，在950℃和1050℃时，膨胀性能好、活性强。蛭石尾砂在型煤燃烧过程中膨胀产生的疏松结构，不仅能提高燃煤固硫效率，还能为煤中碳质成分的充分燃烧创造条件，降低煤炭因不完全燃烧而形成的碳质飞灰，明显减少烟尘污染。
（3）城市空气治理
青石为环状结构含铝硅酸盐，其四面体中存在着[AlO4]对[SiO4]的置换以及配位多面体中金属阳离子的类质同象置换，活性强，同时具有极好的高温热稳定性，以青石为主体的三元催化剂载体得到了广泛的应用。
利用低白度滑石研制出新型多微孔陶瓷专用微细粉，对尾气净化率达至98%以上，并且使用效果不会随时间下降。这为根治汽车尾气的工作找到了一种良好的方法。
国外近来利用高温热稳定性好同时吸附能力强的海泡石制作高效汽车尾气净化器，国外用粘土矿物制成汽车排气管、过滤器，主要是充分利用粘土矿物的吸附性。
用粘土矿物代替活性炭还可降低卷烟中含有的焦油、自由基、尼古丁等对人体的危害。
（4）室内空气污染治理
室内空气污染及治理是当前的热门研究课题，对于甲醛、氨等污染物，以沸石、坡缕石、海泡石、膨润土、累托石等粘土矿物为载体的载银无机抗菌剂可以起到良好的作用效果。
目前开发的以多孔结构粘土矿物为载体的无机抗菌剂已成功应用于室内空气净化，并对病菌及其分泌物毒素均有较强的杀灭和降解作用。
3、非金属矿物材料在固体废弃物治理中的应用
（1）固废的二次资源化
大多数工业废渣为可利用的二次资源，如炉渣、粉煤灰、冶金渣、煤矸石、尾矿、赤泥等。这些废弃物的矿物组成绝大部分是非金属矿物，对于此类污染物的治理主要是使其二次资源化。例如煤矸石，其成分与粘土相似，可用以生产砖瓦、水泥、轻骨料、砌筑砂浆；含碳量很低的煤矸石可用于生产陶瓷、耐火材料等。
研究表明：以煤矸石、高岭石、膨润土为主要原料，可合成沸石，用以代替传统洗涤剂中的三聚磷酸钠以减少环境污染，成为洗涤剂发展的趋势。
（2）垃圾填埋场防渗
膨润土因其良好的流变性、保水性、离子交换性、耐久性、无二次污染等特性及相对低廉的生产成本使其成为垃圾填埋场防渗滤的优选材料。用膨润土毯作垃圾填埋场防渗层的部分工程实例有：上海嘉定工业垃圾填埋场、北京门头沟市政固体废料填埋场、香港WENT市政固体废料综合处理厂等。
另外，传统的膨润土防渗材料属于钠基改性产物，只能防止水体和无机物渗漏，却不能防止有机物渗漏。若将天然蒙脱石改性制成有机蒙脱石后，可以提高蒙脱石表面的疏水性，从而达到有效吸附疏水性有机污染物的目的。
更有研究者，提出直接利用中国资源量巨大的天然钙基膨润土与工业纯长碳链季铵盐有机阳离子进行离子交换反应，革新了传统工艺中只能利用工业产品钠基蒙脱石与试剂纯长碳链季铵盐有机阳离子进行离子交换反应而制备有机粘土技术，降低了有机粘土的制各成本。可替代进口防渗材料，用于生活垃圾和危险废物填埋场衬层建造工程。
4、非金属矿物环境材料在处置放射性废物方面的应用
目前，大多数国家初步选择凝灰岩和花岗岩作为具有天然屏障功能的处置库围岩。
天然沸石有很强的耐核子裂变幅射的能力，对137Cs、90Cr有高选择性交换功能，美国爱达州Arco国家反应堆试验站用装有粒状斜发沸石的钢桶作为半衰期分别为25年、35年的90Cr和137Cs的离子交换柱，当交换达到桶的容量时，将其掩埋。
研究认为：长石类矿物中硅氧四面体在三维空间作架状连接，可以形成较大的空隙与孔道，水分子能够进入其中，与水分子大小相当的典型高放射性核素原子半径，比起长石类矿物孔道中存在的K、Na、Ca还要小。有理由认为，既然水分子与碱金属离子能够进入长石类矿物孔道，大小相当而活性更强的放射性核素无疑更容易进入长石类矿物孔道。正是凝灰岩与花岗岩中长石类矿物发育有良好的孔道结构，可使核素进入孔道，能够有效阻滞核素迁移而成为天然屏障。
5、非金属矿物环境材料在治理土地沙漠化方面的应用
一些粘土矿物材料能吸附比自身重量大得多的水分，具有独特的水土保持功能。例如，膨润土水化后，体积迅速膨胀至凝胶体，渗透率大大降低，而且膨润土具有良好的抗冻性、压缩性、固节性，对沙土的稳定性、密实性、自保水性、永久性等，具有明显的效果，所有这些特性使其成为沙漠化治理的理想材料之一，而且将植被种子与水、膨润土搅拌后，可提高种子在沙性土壤中的出芽率和成活率，改善沙漠化地区的生态环境。
6、非金属矿物环境材料在研发生态建材方面的应用
非金属矿产品具有一系列优异性能，是研究、开发和生产生态建材不可缺少的重要原材料。采用硅灰石作为陶瓷原料时，可使陶瓷制品的素烧温度从1280℃降低至1090℃，釉烧温度从1170℃降低至1050℃，素烧时间从50h减少至18h，从而节省能耗30-40%。
另外，一些非金属矿物和岩石，如沸石、硅藻土、石盐、石膏、滑石、方解石、白云母、水镁石、蛇纹石、雄黄、雌黄、硼砂、辰砂、明矾石、麦饭石等，具有吸附有害物质的功能，是研究、开发和生产保健型生态建材的重要原材料。例如，硅灰石质的纯天然无机涂料具有发荧光、抗静电、消毒、除臭、净化空气等功能。瑞典研究的一种硅藻土涂料，能吸附带臭味的分子，而这些分子难以靠通风来排除，从而达到净化空气的目的。
非金属矿物材料在环境污染治理中的市场前景
近5年来，我国用于环境保护的总投资已超过4900亿元。这既说明我国政府对环境保护的重视，又表明了环保市场的巨大。
2017年10月30日，工信部印发的《产业关键共性技术发展指南（2017年）》明确将“用于工业废水处理的矿物功能材料深加工技术”列为对行业有重要影响和瓶颈制约、短期内亟待解决并能够取得突破的产业关键共性技术。
其主要技术内容：膨润土等矿物功能材料的改性、改型技术；增加矿物功能材料比表面积、调整表面电荷等技术；矿物功能材料在工业废水处理中的应用技术。
2018年1月2日，科技部、工信部、国土资源部、环保部、住房城乡建设部、农业部联合组织编制了《土壤污染防治先进技术装备目录》，供各类企业、财政投资或产业技术资金、各类土壤污染防治领域的公益、私募基金及风险投资机构等用户在土壤污染防治技术升级改造和投资时参考。该目录纳入了“基于天然矿物混合材料的重金属污染场地稳定化技术”等15项土壤污染防治先进技术。
相对于非金属矿在其它领域的应用而言，环保污染治理还是一个新领域，可以说非金属矿物材料的开发利用是非金属矿工业发展的新方向和新经济增长点之一。
相信在今后十年内，非金属矿在环保领域中的应用必将保持快速增长，预计年均增长率在15%左右。
来源：中国粉体技术网
