1.環境礦物材料的定義和分類

1.1環境礦物材料的發展過程

a.最早：1992年第29屆國際地質大會提出“環境礦物學”

b.它是研究天然礦物與地球表面各個圈層之間交互作用及其反映自然演變、防治生態破壞、凈化環境污染及參與生物作用的科學

c.葉大年在回顧人類利用礦物的歷史時，提出環境礦物學是礦物學幾個發展階段中的必然產物

d.1999年4月在中國地質學會礦物學專業委員會設立環境礦物學分會(www.wS46.com)

e.2004年3月在中國礦物巖石地球化學學會成立環境礦物學專業委員會

f.90年代初，日本學者山本良一教授提出了“環境材料”的概念

g.環境材料：是指同時具有實用性能和最佳環境協調性的材料，并非指一種具體的材料，而是一大類考慮到資源、能源和生態問題的材料的總稱，或者說是以環境協調和環境保護的思想指導下的進行設計、加工和使用的材料。

h.涉及環境保護和人體健康的礦物學研究已發展成獨立的分支學科，即環境礦物材料學

2016年12月10日中國科協批準成立中國硅酸鹽學會礦物材料分會，標志著礦物材料特別是環境礦物材料的發展進入一個新的時期

1.2 環境礦物材料的定義和基本特征

(1)定義

a.由礦物及其改性產物組成的與生態環境具有良好協調性或直接具有防治污染和修復環境功能一類礦物材料

b.它既是礦物材料，又是環境材料

c.是兩者的交集，是環境保護觀念指導下開發的礦物材料或是礦物材料環境功能的延伸

d.它是環境礦物學的重要研究內容之一，是利用天然（或改性）礦物有效治理固（土壤）、液、氣三類污染物的環境工程技術。

（2）基本特征

a.材料本身是以天然礦物或巖石為主要原料

b.材料具有環境協調性或具有環境修復和污染治理功能

c.具有良好的環境污染凈化能力

1.3 環境礦物材料的分類

有2種分類依據：特點、用途，各分為4類

（1）根據環境礦物材料的特點，分為如下四大類型

天然環境礦物材料：能夠直接利用其物理、化學性質用作環境治理與修復的礦物(或巖石)功能材料，如一些膨潤土、沸石、珍珠巖、硅藻土、蛭石等

改性環境礦物材料：指將礦物或巖石進行超細、超純、改型、改性等加工改造后用作環境治理或修復的礦物(或巖石)功能材料，如超細石英粉、云母粉、高純超細的高能石墨乳、改性膨潤土、沸石等

復合及合成環境礦物材料：指以一種或數種天然礦物或巖石為主要原料，與其他有機和無機材料按適當配比進行燒結、膠凝、粘結、膠連等復合或合成加工改造所獲得的用于環境修復的功能材料，如巖棉、活性炭、陶粒等

工業廢棄物：指選礦尾礦、煤矸石、石棉尾礦；火力發電廠排出的粉煤灰；冶煉產生的廢鋼渣；化學工業排出的電石渣、硫酸渣、赤泥等一類材料

（2）根據環境礦物材料的用途，分為如下四大類型

治理大氣污染的礦物材料：中和作用（煙氣脫硫、石灰石、方解石、生石灰、方鎂石、水鎂石）、吸附作用（黏土礦物、沸石以及改性后的多孔狀物質可作有害氣體的吸附劑）

治理水污染的礦物材料（有3類）：

1）過濾用礦物材料

2）控制水體pH值的礦物

3）利用礦物材料的其他性質處理污水

過濾用礦物材料：凡在水中穩定，即不溶解、不電離、不與水發生反應，并保持中性的礦物均可作過濾材料。常用的有石英、尖晶石、石榴石、多孔SiO2、硅藻土等，板柱狀礦物和片狀礦物不宜單獨作過濾用礦物材料

控制水體pH值的礦物：能與水體中的H 或OH-發生反應并消耗之的礦物，可起到調節水體pH值的作用。方解石、白云石、石灰乳、水鎂石、方鎂石、橄欖石、蛇紋石、長石等礦物可處理酸性水，石英等酸性礦物可處理堿性水

利用礦物材料的其他性質處理污水：

1）利用礦物的荷電性，與水體中具異號電荷的污染物作用產生凝聚，消除污染（高嶺石、蒙脫石）

2）具有良好的吸附性和離子交換性，可用于清除廢水中的NH4 、PO43-和重金屬離子Hg2 、Cd2 、Pb2 等（凹凸棒石、坡縷石、海泡石）

3）具有脫色和去除部分無機離子（磁鐵礦可去除廢水中的顏色、懸浮物和鐵、鋁等）

土壤修復用礦物材料：用于固定、降解和去除土壤環境中的重金屬和有機污染物（黏土礦物、鐵氧化物、磷石灰、活性炭），磷酸鹽、碳酸鹽和硅酸鹽材料是常見土壤重金屬修復穩定化材料，常單獨使用或幾種材料聯合使用

處理放射性污染的礦物材料：可用于吸附、過濾放射性氣體和空氣中具放射性的塵埃（石棉、玻璃纖維、人造有機纖維以及某些高吸氣性礦物；沸石等可凈化被放射性物質污染的水體；軟錳礦對放射性元素也有強的吸附作用。礦物固化法處理放射性廢渣，“固化”包括對放射性元素的永久性吸附、包裹或經反應生成安全性固體物質。

2.環境礦物材料的應用現狀及發展趨勢

2.1應用現狀（污染物凈化和資源化）

在污染物凈化方面：

a.利用具有孔狀結構的如坡縷石和海泡石等處理有機廢水

b.利用具有片狀結構、良好的分子交換性和強吸附性的如蛭石，作土壤改良劑和重金屬污染廢水的處理介質

c.利用比表面積大、離子交換性高及吸附性能優良的有蒙脫石、凹凸棒土、沸石等，用來處理生活廢水、工業廢水，去除廢水中的重金屬離子 、有機污染物及磷酸根離子等

d.利用經表面改性的黏土礦物材料處理固體垃圾，可防止二次污染。

e.利用膨脹石墨治理大氣污染和海洋油類污染。

f.利用吸附性強、比表面積大的膨潤土、海泡石、坡縷石、高嶺土等作為吸附過濾材料，清潔空氣，處理臭氣、毒氣之類的有害氣體

g.利用環境礦物材料如天然沸石、海泡石、蒙脫石、坡縷石等，在國防工業、核工業、航天工業中治理放射性污染、防毒、防輻射等。

h.利用具有體輕、熱導率小、耐高溫、吸音等特點的沸石、硅藻土、膨脹珍珠巖、蛭石、浮石、海泡石等非金屬礦，生產安全健康型生態建材。

環境礦物材料在環境治理中應用一覽表

在資源化應用方面：

a.大多數工業廢渣為可利用的二次資源，如爐渣、粉煤灰、等，其礦物組成絕大部分是非金屬礦物

b.從礦山廢棄物中回收有用組分，不僅可以減少廢棄物的數量，而且可以獲得更多的有用礦物組分，進行資源化利用

c.生產農業用肥，在?；郀t礦渣中含有大量的可溶性硅酸鹽，容易被植物吸收利用，磨細后可作為農業肥施用。鋼渣可被用于制備磷肥、硅肥和鈣鎂磷肥，還可以作為酸性土壤改良劑。

2.2發展趨勢

a.環境礦物材料的結構與性能數據庫構建

b.新型多功能環境礦物材料的開發

c.環境礦物材料的造粒和再生循環利用研究

d.環境礦物材料改性和污染物去除基礎理論研究

e.拓展與其他方法的聯用

f.加強環境礦物材料的應用研究

思考題

1.請簡述環境礦物材料的由來。

2.請說明環境礦物材料的基本特征。

3.何為環境礦物材料？請舉例說明常見的環境礦物材料及其潛在可利用性

5.與其他環境材料相比，環境礦物材料在環境治理領域的優勢有哪些？

6.概述環境礦物材料的應用現狀。

7.你認為環境礦物材料在污水處理中的應用需要考慮哪些因素？

8.概述環境礦物材料的發展趨勢。

9.簡述環境礦物材料的結構與性能數據庫構建的必要性。