矿物材料在环境治理方面的应用进展-建材工业发展规划 2016 2020年
刘润琪
摘 要：总结了近年来我国在非金属矿物材料治理环境方面所取得的一些进步与成就，对现阶段存在的问题加以分析并展望未来。
关键词：非金属；矿物材料；环境治理
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.053
1 引言
矿物资源是人类社会发展和国民经济建设的重要物质基础，是人类社会发展的前提和动力[1]。人类社会的每一次进步都伴随着矿物材料利用水平的飞跃发展，但随着工业文明的快速发展，人类的污染和环境的破坏威胁着我们自己的生存和发展。 同时，由于消除环境污染物，需要消耗大量能源，对日益耗尽的能源资源构成严峻挑战。 寻找廉价的环境净化材料，降低污染物处理成本，提高净化效率，已成为环境保护的一个紧迫问题。天然非金属矿物材料以其来源广泛、价格低廉、适应性强、等优点，逐渐成为污染治理研究方面的热点，有着十分广阔的应用前景。
2 矿物材料在大气污染治理方面的应用
现代化过程中，人类不合理地滥用化石燃料产生了大量的废气。随着工业化的发展，在城镇地区尤其是在人口稠密的大型工业城市，空气污染现象尤为突出。污染物主要为硫氧化物、氮氧化物为代表的无机有害气体及碳氢化合物为代表的有机有害气体和一些粉尘污染。
人们对于大气污染的重视由来已久，从七十年代日本科学家利用方镁石、水镁石吸收so2、so3废气[2]到当今纳米材料的广泛研究与应用，矿物材料在大气污染防治方面发挥着越来越重要的角色，其研究程度也越来越深。
近年来，随着科技水平的进步，科技人员在相关领域取得了一次又一次令人振奋的成果，推动着非金属矿物材料在大气污染防治方面的研究进展。堇青石质蜂窝陶瓷作为重要的高温烟气、催化剂载体和化工精过滤材料在现在尾气治理方面发挥着越来越重要的作用。李金红、鲁安怀等[3]以聚氨脂泡沫塑料为前驱体，取铝土矿、高岭土和滑石为原料，制备了以堇青石为主晶相的泡沫陶瓷，实验表明其具备良好的物理化学性质，可以作为较好的环境工程材料应用。刘秀珍等[4]通过研究表明在常温下低浓度的有机挥发物甲苯能够较好地被负载型 MnOX-CeO2/沸石分子筛吸附和催化氧化同时該复合材料能较好地实现低温条件下再生以及可以实现操作连续性表明其潜在的利用价值。任升莲、陈天虎[5]研究凹凸棒石特殊的晶体结构和性质，发现它具有大量形状不同和大小不均的孔隙和毛细管孔结构，是很好的纳米材料。基于其价格低廉，取材丰富以及良好的物理化学特性提出了凹凸棒石在卷烟滤嘴中的添加应用，实验表明该过滤嘴有选择性地去除卷烟烟气中有害物质，且卷烟的内在质量不受影响 ，能够保持卷烟原有的吸味风格。
3 矿物材料在污水治理方面的应用
在资源的开发利用过程中，由于人们不合理地生产、生活所带来的地表水体污染问题越来越严重，更甚的是一些地区出现的地区性疾病直接威胁着人们的健康与生存。因而地下水中存在的一些有机污染和氟、砷等矿物质超标以及重金属离子的污染水质亟需改善，水污染问题也应该越来越多地给予重视和关注。近年来，基于天然矿物的表面活性、超细超微效应、化学涂层、晶体结构的改变、物理和化学性质及其表面改性技术等方面的研究，使矿物具有良好的功能特性可以广泛地应用于环境工程方面[6-8]。
天然矿物因其种类繁多、储量丰富、价格低廉、处理工艺相对简单在进行废水处理方面具有投资少、效果明显且带来的二次污染小等优点已经广泛地被研究人员研究和应用。李志娟[9]采用正交试验进行了有机膨润土再生及再生膨润土的有机化，结果表明，在780℃下灼烧55 min是膨润土再生的最佳条件，再生有机膨润土吸附有机污染物的最佳吸附条件为pH=6，加土量6g/L，温度25℃，振荡时间20 min，COD去除率可达80%，显示出其良好的发展潜力和应用前景。朱利中等[10]对改性硅藻土吸附水中苯酚开展了研究，研究发现pH=8-9、150-160r/min的振荡速度时，水中苯酚5min内吸附可基本达到平衡。林晓雯等[11]利用溶胶-凝胶法在羟基磷灰石表面合成硅烷复合材料，对废水中的2，4-二氯苯酚的吸附进行研究，结果表明其具有很好的选择性和吸附性，应用前景广阔。
沈岩柏等[12]通过研究硅藻土吸附水相中锌离子过程表明硅藻土对Zn2+有较好的吸附效果，但是受PH和温度影响较为明显，经扫描电子显微镜的测定，硅藻土的表面圆筛形微孔是Zn2+的主要吸附位。郑德圣[13]通过用天然锰钾矿处理含Hg2+，Cd2+，Pb2+废水实验研究表明在较低污染浓度情况下，天然锰钾矿能很好地处理水体中的Hg2+，Cd2+和Pb2+。潘敏等[14]用铁/铝盐水解法制备了3种凹凸棒石粘土纳米复合材料，研究了凹凸棒石/铝氢氧化物（PNCMI）、凹凸棒石/铁氢氧化物（PNCMII）和凹凸棒石铁-铝氢氧化物（PNCMIII）这3种复合材料和纯凹凸棒石粘土对水中磷的吸附净化能力。结果表明， 凹凸棒石/铝氢氧化物（PNCMI）和凹凸棒石/铁氢氧化物（PNCMII）凹凸棒石粘土纳米复合材料对磷具有良好的吸附净化能力，而且温度对其影响很小。
4 矿物材料在土壤修复及复垦方面的应用
由于人们对于资源的不合理处置，使得一些闲置资源变成一种威胁，直接影响着人们的衣食住行同时土壤污染已对土地资源可持续利用与农产品生态安全构成严重威胁。土壤重金属污染已成为全球环境问题，由于其隐蔽性、不可逆性和长期性的特点，对生态系统构成严重威胁，并通过食物链影响人体和动物的健康。同时，重金属污染可导致土壤肥力退化降低，农产量和作物品质下降，严重影响环境质量和经济的可持续发展，重金属污染带来的严重性逐渐被人类认识。
土壤中重金属污染已成为全球性环境问题，因其隐蔽性、不可逆性和长期性的特点，对生态系统构成潜在的巨大威胁，并通过食物链影响人体和动物的健康。同时重金属污染可以导致土壤肥力退化、农产品产量降低和作物品质下降，严重影响环境质量和经济的可持续发展，重金属污染的严重性，也逐渐为人类所认识。endprint
我国的科技工作者近些年来在此类项目中取得了一系列進展。施尧[15]通过对磷基材料钝化修复重金属Pb、Cu、Zn复合污染土壤的研究表明磷基材料的加入不太可能引起因P过量所带来的地表水和地下水的二次污染问题，含P材料重过磷酸钙磷肥和磷灰石矿尾料均有效地钝化土壤中的Pb，主要是基于形成了难溶性磷酸铅沉淀。土壤中的一些重金属以阳离子的形式存在。这些重金属具有流动性高、生物利用度高、危害性大等特点。施用石灰或碳酸钙可提高土壤PH值，增加土壤颗粒的负电荷，促进土壤中镉、铜、汞、锌等元素的氢氧化物或碳酸盐结合态盐类的形成。
张茜等[16]研究了石灰对污染红壤与黄泥土中重金属的钝化作用，结果表明，红土壤有效态含量降低87.6% - 92.3%，黄土壤有效锌含量降低了90%，并且有效铜含量降低幅度最大47.4%。谭科艳等[17]利用凹凸棒石粘土矿物对安徽铜陵地区重金属污染土壤进行盆栽修复试验，试验表明，施用凹凸棒石粘土可使土壤ph提高到5-8，改善矿区土壤条件，平均修复cd元素率34.92%，能有效地减少蔬菜对Cu、Zn、Cd三种重金属的吸收。
5 结语
综上所述，矿物材料作为优质的环境材料以其广泛地来源，良好地性能以及低廉地成本和较少二次污染等特点在环境治理方面越来越受到重视。我国是一个资源和消费大国，但由于在矿物材料相关领域内的研究起步较晚，在发展过程中所遇到的问题较为突出，主要表现在：
（1）研究方向分散，没有与国民经济发展紧密结合，缺乏研究大成果，不能有效解决国家的重大战略需求；
（2）创新性不强，研究思路和研究方法亟待创新，大多数处于模仿与效仿阶段；
（3）应用性不强，大多数研究成果处于实验室探索规模和水平，成果转向中试和扩试的很少。
鉴于我国矿物材料的发展来看，我们今后要加强基础材料的研究，更紧密结合国民经济和社会发展的需要，结合中国矿产资源的实际情况，同时国家应尽快地出台相应的政策，加快完善知识产权保障体系的建设力度和强度，在保障自主知识产权成果的同时更利于成果的推广和应用。
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