2.2　蛭石的結構與性質

蛭石在自然界中主要是以鎂和硅形式存在的一類黏土^[3]，一般化學式為（Mg，Fe，Al）₈（Si，Al）₄O₁₀（OH）₂·4H₂O。蛭石化學組成隨產地不同會有所變化，表2-1是新疆尉犁縣蛭石礦主要化學組成^[4]。蛭石由兩層硅氧四面體（部分硅被鋁取代）和一層鋁氧八面體（有氫氧根離子和鎂等）構成，形成了具有限定結構的層狀堆疊。層間是水化層，含有水和二價或一價金屬等金屬離子，金屬離子可以是鈉、鉀、鎂、鈣、鋰、銫、鋇、銣離子等。因此，兩層硅氧四面體夾雜一層鋁氧八面體的蛭石是屬于2:1的典型層狀硅鋁酸鹽^[5，6]。結構分析顯示：層間水分子網絡扭曲成六邊形，通過弱的氫鍵與硅氧四面體層板的氧相連接，部分水分子呈游離狀態；然而水層中的鎂離子與水分子呈八面體形式存在于層板間（[Mg（H₂O）₆]²⁺）^[7]。蛭石中硅氧四面體的四價硅被三價鋁代替（Al代替Si=1/3～1/2），使層板帶負電荷（單位電荷數為0.6～0.9）。為了平衡帶電，層間插入陽離子，如圖2-2所示。大多數情況下，層間陽離子主要是Mg²⁺，層間陽離子容易與其他陽離子進行交換，即蛭石是具有強大的離子交換性能的^[8，9]。層間水含量與環境和層間陽離子種類等有關。比如層間陽離子為鎂離子時，含水較高；而為銫離子時，含水最少^[8]。蛭石的結構如圖2-2所示。

蛭石屬單斜晶系，晶胞參數一般為：a⁰=0.54nm，b⁰=0.93nm，c⁰=1.44nm，α=γ=90°，β=97°；晶胞單元屬于C_2/c。在標準狀況下，蛭石的c⁰=1.481nm時，層間為完整水分子層；c⁰=1.436nm時，為雙層水分子層；c⁰=1.159nm時，為單層水分子層；c⁰=0.902nm時，完全脫水。在500℃加熱脫水后，蛭石可以吸水復原，但超過700℃后，則不具備還原性^[10，11]。

蛭石的廣泛應用源于它的特殊結構，其結構決定了它具有獨特性質，主要包括^[1，4]以下幾點。

①膨脹性　是蛭石的特征性能，也是其他硅酸鹽類化合物所沒有的特性。根據原礦蛭石大小不同，膨脹性也不一樣，最高可膨脹到30多倍。

②陽離子交換性　層間由弱的氫鍵和范德華力構建，因此蛭石具有強大的陽離子交換能力。

③吸附性　蛭石經膨脹后，體積迅速增大，密度顯著降低，孔隙率增加，使其具有強大的吸附性能；膨脹后對水具有吸收性，并具有保水和緩釋作用，農業上廣泛用作植物的培養基和化肥的緩釋劑載體。

④隔熱性和隔聲性　蛭石膨脹后，空間充滿空氣，空氣熱導率低，具有隔熱性；蛭石片層薄，具有震動消聲作用。

⑤耐火性和耐凍性　膨脹蛭石外形雖然像木屑，但是由硅鋁酸鹽構成，具有耐高溫和耐冷凍特性，廣泛用作耐火磚、防火板等建筑材料的原料。

⑥化學性質穩定　固體為中性，耐酸堿，具有緩釋和保濕作用，廣泛用于除甲醛吸附劑材料的制備。

目前，蛭石主要用于建筑和農業等領域，同時也可用于石油工業催化劑的載體和水處理吸附劑等，現已形成一個龐大的應用體系^[1～4]。