3.3　蛭石化学剥离

目前国内外学者对蛭石已有许多研究，但对蛭石的剥离机理还没有一个完全令人满意的解释。Hillier等^[18]研究了六个“蛭石”样品，探讨其剥离机理，他们将一系列样品的精确矿物学和化学特性与样品通过热方法和化学方法剥离的能力相结合，试图阐明蛭石的剥离机理。研究发现，热剥离的机理为蛭石、水黑云母和云母在大多数商业“蛭石”样品粒内的镶嵌共生。由蛭石和绿泥石组成的镶嵌结构也可以解释不含钾的纯蛭石的剥离，这种镶嵌结构只不过是将蛭石层间的水合可交换阳离子转变为绿泥石层间的水镁石状氢氧化物。在这两种情况下，固定的K⁺或固定的层间氢氧化物是气体逸出的屏障，因为它们以比粒子更小的比例镶嵌在一起。这种镶嵌结构也是潜在的因素，这也就是化学剥离时，粒子经过过氧化氢处理后更容易剥离的原因。就其在剥离过程中的作用而言，蛭石结构的马赛克状排列为气体的逸出提供了一个“迷宫”，同时也为作为压力点的死端提供了可能性，压力在这些点上的积聚产生的力超过层间结合力，必然导致剥离。这也解释了为什么多相样品，特别是含水黑云母比例高的样品，具有最大的剥离能力。

一些学者研究发现，在火焰和电炉条件下金云母的最大膨胀倍数分别为13倍和18倍，在室温下，金云母在30%H₂O₂溶液中的最大溶胀倍数为49倍。Obut等^[19]为了获得过氧化氢剥离特性的数据，研究了蛭石和金云母的过氧化氢剥离，并揭示其剥离机理，用过氧化氢对金云母（KP）、金云母（PP）和蛭石（VMT）进行了实验。研究发现，如图3-13所示，在一定的浓度和时间条件下，经水和过氧化氢处理时间越长，剥离效果越好，其中KP的整体剥离性能最好；当过氧化氢浓度超过30%时，整体剥离效果都增加。在H₂O₂浓度为1%～50%的条件下，KP样品中溶解或交换的Na、Fe、Mg、Ca和K阳离子，在10h的反应时间内的溶解率较高，随着过氧化氢浓度的增加，溶液的pH越来越高，离子相互作用破坏了层与层间阳离子之间的静电平衡，导致层间阳离子的溶解和层间的分离；但在50%H₂O₂浓度下，VMT比KP、PP获得的最大剥离值大可能与其较高的结晶水含量有关。因而VMT样品出现的突变，也可归因于低浓度的过氧化氢分子难以渗透到层间，因为这些样品中的间隙较低或没有间隙，且它们的Ca²⁺和Na⁺含量较低，离子交换作用强度低。

Muiambo等^[20]研究了Palabora“蛭石”的热活化剥离过程，纯蛭石的热膨胀开始于420℃以上，在约700℃时达到超过8倍的膨胀水平；与纯蛭石相比，云母层间材料具有更高的膨胀率，热剥离也开始于较低的温度。Palabora“蛭石”不是纯蛭石，而是混合层蛭石黑云母，所以它的剥离温度也应该会低于纯蛭石。为了确定其剥离的具体温度，将宏观薄片浸入饱和盐水中数月，然后采用SEM、X射线荧光光谱（XRF）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、XRD和热机械分析（TMA）研究钠离子交换对Palabora“蛭石”性能的影响。从图3-14（a）可以看出，钠含量在第一个月后达到了一个稳定值，但X射线衍射图在继续变化，只有在暴露6个月后才达到最终形式，由XRD图分析发现，至少存在两种不同的层间相，且其中含有不同数量的蛭石。从图3-14（b）可以看出，纯蛭石的热膨胀开始于420℃以上，在约700℃时达到超过8倍的膨胀水平，超过此温度，会出现轻微收缩。实验结果表明，将Palabora“蛭石”暴露于饱和氯化钠溶液中，蛭石的剥离可以在中等温度下实现，打破了人们对于蛭石在超高温下剥离的认知，也更加有利于Palabora“蛭石”矿产的合理利用。