蛭石

背景

蛭石一词适用于一组矿物，其特征在于它们在加热时能够膨胀成长的蠕虫状线。这种膨胀过程称为剥落。蛭石这个名字来源于拉丁词 vermiculare 的组合 意思是“繁殖蠕虫”，英文后缀ite，意思是矿物或岩石。蛭石的膨胀形式具有非常低的密度和热导率，这使得它很适合用作土壤改良剂、轻质建筑骨料和隔热填料。膨胀蛭石还具有非常大的化学活性表面积，这使其在某些化学过程中可用作吸收剂。当蛭石磨成细粉时，它被用作油墨、油漆、塑料和其他材料的填料。

历史

早在 1824 年，当 Thomas H. Webb 在马萨诸塞州的伍斯特对其进行试验时，蛭石及其独特的特性就已为人所知。韦伯给这种矿物取了一个奇特的名字，因为他认为长长的绳索看起来像一团小蠕虫。直到 1900 年代初期，人们都在寻求更多实际用途，蛭石才被认为只是一种科学好奇心。第一次商业采矿工作发生在 1915 年的科罗拉多州。该材料以桐灰的形式出售，但没有找到足够的买家，创业失败。第一个成功的蛭石矿是由 Zonolite 公司于 1923 年在蒙大拿州利比开工的。该矿一直运营到 1990 年。

世界上最大的蛭石开采场位于南非共和国的 Phalabowra（有时也拼写为 Palabora）区。其他生产大量蛭石的国家包括美国、中国、俄罗斯、巴西、日本、津巴布韦和澳大利亚。

1999 年，美国有 3 家活跃的蛭石开采公司，2 家在南卡罗来纳州，1 家在弗吉尼亚州，将浓缩的蛭石矿石运送到遍布全国的剥落厂。除了使用来自国内采矿作业的浓缩蛭石外，这些工厂还从外国来源（主要是南非）进口了约 77,000 吨（70​​,000 公吨）的浓缩蛭石。

原材料

从技术上讲，蛭石包含一大类水合层状镁铝铁硅酸盐，类似于云母。蛭石的独特性能有两个关键。第一个是它的层状（或分层）晶体结构，它提供了铰链板，使材料以线性方式膨胀或展开，就像手风琴一样。第二个事实是它含有被困的水，当加热时它会闪成蒸汽以迫使层打开。有许多天然存在的蛭石矿物和土壤，它们的识别通常需要复杂的科学分析。

蛭石的最常见形式之一通常被称为商业蛭石。这是为各种最终用途而挖掘和处理的形式。它来源于含有矿物黑云母和含铁金云母的大晶体的岩石。当这些岩石暴露在天气中时，它们开始分解，使水进入并与存在的各种化学物质发生反应。随着分解和化学反应的进行，蛭石形成。

商业蛭石的典型化学分析表明它含有 38-46% 的氧化硅 (SiO 2 )、16-35% 的氧化镁 (MgO)、10-16% 的氧化铝 (Al 2 O 3 )、8-16% 的水、加上少量的其他几种化学物质。

当商业蛭石片被加热和膨胀时，它们会发生颜色变化，这取决于存在的化学物质和炉子的温度。所得膨胀蛭石颗粒通常呈金棕色，堆积密度约为 4-10 lb/cu ft (64-160 kg/cu m)，具体取决于颗粒的大小。

制造过程

用于生产商业膨胀蛭石的制造过程包括两个独立的操作。生产蛭石原片的采矿和选矿作业在一个地点进行。生产用于其他产品的各种尺寸的轻质膨胀蛭石颗粒的剥离和分类操作在另一个地点进行。有时，这两个地点可能相隔半个世界。

在这两种操作中使用了许多不同的方法。确切的方法因矿山和工厂而异。这是用于生产商业膨胀蛭石的典型制造工艺。

挖矿

• l 含有蛭石的岩石是从地下的一个巨大露天坑中挖出来的。岩石顶部的土壤称为覆盖层，用电铲或铲土机清除。然后用大型气动或液压钻机钻出暴露的岩层，并用炸药填充孔。当所有人员和设备移出该区域后，炸药就会被引爆。
• 2 由此产生的松散岩石堆用电铲铲起并倒入卡车或火车车厢，然后将岩石运送到附近的加工厂。

专注

• 3 岩石被送入一系列破碎机和筛网以减小其尺寸。根据特定的采矿作业和当地环境法规，使用各种湿法或干法技术将蛭石与周围的岩石和泥土分离。这些技术可能包括泡沫浮选、重力分离、风选或静电分离。在这些技术中的每一种中，蛭石本身或其他材料都被截留并彼此分离，直到所得蛭石薄片按重量计纯度约为 90%。
• 4 从矿山的各个部分提取的蛭石片可能会在进一步加工之前混合在一起，以确保产品的均匀性。

评分

• 5 分离出的蛭石片按大小分类。这可以通过一系列屏幕来完成，也可以在一个长的封闭风洞 中完成 .在风洞中，薄片被送入风洞的上游端，并被空气流沿风洞长度携带。较大的薄片较重，首先从气流中落下，并被收集在隧道底部的漏斗中。这种重量分离会沿着隧道的长度继续下去，直到所有的薄片都被料斗捕获。通过控制每个料斗开口的长度和空气速度，可以将薄片分成各种尺寸或等级，直径范围从约 0.63 英寸（16 毫米）到约 0.02 英寸（0.8 毫米）不等。如果正在开采的特定蛭石倾向于形成高比例的大片，则可以将片稍微压碎以使它们分层并减小它们的尺寸。这个过程称为去皮，允许薄片在剥落过程中被快速加热。
• 6 分级后的蛭石片倒入大塑料袋或其他容器中，运送至各种去角质 蛭石加工过程示意图。植物。如果要将薄片运往海外的工厂，则将它们散装装入船舶的货舱进行运输。

去角质

• 7 蛭石片通过卡车或火车从港口或矿山运输到去角质工厂，在那里卸载并储存在有盖的区域，以保护它们免受污染物和天气的影响。重要的是要防止薄片吸收水分。否则，将薄片加热到所需温度以使其膨胀需要太多能量。
• 8 薄片被装载到传送带上，然后被提升到 20-25 英尺（6.1-7.6 m）高的立式炉内，炉内衬陶瓷砖。当薄片沿着炉子的长度下落时，它们会通过一个或多个天然气燃烧器 .炉内温度达到大约 1,000-1,500°F (540-810°C)，这足以使薄片中截留的水闪蒸成蒸汽并使薄片膨胀成蠕虫状颗粒。在炉底，颗粒沿斜面滑下。这会延迟颗粒从炉子中排出，并允许进一步加热蛭石以达到完全膨胀。其他剥离设备可能使用不同的炉配置，但操作的一般顺序是相似的。

分类

• 9 然后通过真空将热膨胀的蛭石颗粒吸入垂直管。任何小石头或其他固体污染物都太重，无法被温和的空气流向上带走并从管子底部掉出。气流还起到冷却热蛭石的作用。
• 10 如果客户或应用需要细颗粒，则在包装运输之前，可以对蛭石进行研磨和筛选以生产特定尺寸或尺寸范围。在一些去角质植物中，较大的颗粒也可能被筛选或分类成各种尺寸，这取决于最终用途。
• 11 然后将分选或分类的蛭石颗粒存放在储料斗中，在那里将它们分配到单独的 4-6 立方英尺（0.10-0.15 立方厘米）纸袋或塑料袋中以供零售，或放入更大的 50 立方英尺ft (1.3 cu m) 袋，用于各种商业应用。袋子被密封，贴上标签，然后移到仓库进行运输。

健康方面

蛭石矿床还可能含有多种其他材料，如云母、石英和长石。这些矿床因一个采矿地点而异。在制造过程中，其中一些材料可能对工人造成潜在的健康危害。在美国和许多其他国家/地区，这些危害在材料安全数据表 (MSDS) 中进行了定义，其中确定了危害并提供了有关材料安全处理和处置的信息。

蛭石加工过程中最常见的健康危害之一来自石英，即结晶二氧化硅。它通常仅以较大的颗粒存在，但当它被研磨成更细的颗粒时，粉尘会被吸入并引起称为矽肺的肺部疾病。因此，在蛭石加工操作中对材料进行研磨、筛分和装袋的那些区域中纳入了严格的粉尘控制和个人防护措施。在消费者层面，接触二氧化硅粉尘可以忽略不计，不会对健康造成危害。

在一些蛭石矿床中，也可能含有一定数量的各种形态的石棉。当按照适用的 MSDS 处理材料时，主要蛭石生产商目前使用的矿体都不会对工人的健康构成石棉风险。 2000 年 8 月，美国环境保护署 (EPA) 发布了一份关于作为土壤改良剂出售的蛭石的报告。在报告中，他们得出结论，石棉对消费者几乎没有风险。

未来

尽管有几种其他材料可用作蛭石的替代品，但蛭石极低的密度和导热性继续使其对许多应用具有吸引力。 1999 年，据估计，世界上蛭石储量约为 5500 万吨（5000 万公吨）。