蛭石

蛭石（Vermiculite）是一种层状结构的含镁的水铝硅酸盐次生变质矿物，外形似云母，通常由黑（金）云母经热液蚀变作用或风化而成。^[1]蛭石的语源来自拉丁语的Vermiculari（蛭），蛭石一经燃烧，象蛭吸血一样，体积迅速膨胀，故有蛭石之称。^[7]蛭石经过高温脱水膨胀后，称为膨胀蛭石（Expanded Vermiculite，EV）平均容重为100~200kg/m3，蛭石层间结合水脱离后生成明显的空气隔层，从而拥有优异的保温能力。^[8]

蛭石的主要生产国有美国、巴西、保加利亚、中国、印度、南非、津巴布韦等。^[9]中国蛭石主要分布在新疆、山西、陕西、江苏、内蒙古等地，其中新疆尉犁且干布拉克蛭石矿床资源储量最大。^[10]

蛭石具有广泛的用途。一方面它具有良好的阳离子交换性能和吸附性，被广泛应用于农业、园艺、环保等领域；另一方面，膨胀后的蛭石具有松散密度低，化学性质稳定，保温、隔热、隔音、抗菌、耐冷等优良性能，在建筑、电力、石油、化工、冶金、纺织等行业上具有广泛的用途。^[11]

1824年托马斯·H·维伯首次在米尔布雷（马萨诸塞州）发现了蛭石。直到1916年，在发现了里比（蒙大拿州）巨大矿藏之后，蛭石的应用才有所发展。1915年在科罗拉多州首次商业化生产蛭石。^[12]

1949年中国发现最早的蛭石矿是南京矿物勘测处在山东乘阳县南墅附近。这个矿成脉状埋藏于角闪片麻岩和大理岩中，储量约2万吨。1950年中南地质调查所在开封分所采自豫西绿色云母中发现有蛭石存在，并证明标本产地在镇平县城北25里杏花山菩提树一带。1951年中南地质局勘查队路过镇平县时，在该县菩提树附近寻得蛭石所构成的大量矿床。^[13]

一般性质：蛭石常呈鱗片状、片状或单斜晶系的假晶体。鳞片重叠，（001）解理完整。蛭石为褐黄色至褐色，有时带绿色色调。为土状光泽、珍珠光泽或油脂光泽，不透明。莫氏硬度1~1.5，密度约2.3g/cm3。薄片无弹性或具有微弱弹性。蛭石的含水性约7%，容重1100~1200kg/m2。^[14]无味、无毒、不腐烂变质。

加热膨胀性：蛭石在850°C左右的温度下瞬间加热煅烧时，单位体积可膨胀15~20倍，最高可达40倍。膨胀蛭石容重为80~200kg/m2。^[15]

耐热性能：蛭石精矿在900℃左右全部膨胀，温度继续升高到1200℃无异变，1300℃时开始软化，1400℃以上则成熔体。耐热温度1000~1100℃其最高使用温度一般为1000℃。如果与其他材料制成耐火混凝土，使用温度可提到1450~1500℃，纯膨胀蛭石的熔点为1370~1400℃。^[15]

蛭石是化学成分复杂的含水铝硅酸盐矿物。化学式为：(Mg,Ca)0.7(Mg,Fe3+,Al)6[Si,Al)8O20](OH)4·8H2O。一般MgO 14~18%，Fe2O3 5 ~ 17%，FeO 1 ~ 3 % ，SiO2 37 ~ 42 %， Al2O3 10~13 %，H2O 8~18%，K2O 6.5%，此外还有Li、Ti、Cr、Ni等。^[14]

蛭石属单斜晶系，晶胞参数：a=5.3×10-10mm，b=9.2×10-10mm，c=28.9×10-10mm，=97°。蛭石具有灼热时体积膨胀的性质和较强的阳离子交换能力，阳离子交换量可达100~260mmol/100g。^[16]

蛙石是由两层层状硅氧骨架通过氢氧镁石层结合而成的双层硅氧四面体。四面体中由于代替而产生多余的负电荷并导致层间充填可交换的阳离子和水分子。水分子以氢键与结构层表面桥氧相连。在同一水分子层内，彼此又以弱的氢键相互连接。水分子呈层状排列有两种形式，一种是作为层间阳离子的水化外壳，形成水合络离子[Mg(H2O)]2+，是稍微变形的八面体，Mg2+层中上下有两层水分子，彼此以微弱的氢键相连，同时被Mg2+所束缚，称为束缚水。另一部分水分子呈游离状态，形成自由水。^[17]

膨胀蛭石具有多孔、质轻、熔点高的特性，最适合做高温绝热材料（1000°C以下）和防火绝缘材料。蛭石可用于高温设施保温材料，如冶炼行业的保温砖、保温板、保温帽等。凡是需要保温隔热的设备，均可用蛭石粉、水泥蛭石制品（蛭石砖、蛭石石板、蛭石管等）或沥青蛭石制品保温，如墙壁、楼顶、冷库、锅炉、蒸汽管道、液体管道、水塔、变换炉、热交换器、危险品保管库等。^[18]

由于蛭石膨胀后形成细小的空气间隔层，形成一种多孔的隔音材料，当频率为2000C/s，蛭石厚度5mm时吸音率63%，蛭石厚度为6mm时吸音率为84%，蛭石厚度8mm时吸音率为90%。^[18]

蛭石具有抗酸碱腐蚀性能，对5%以下硫酸、盐酸、醋酸，5%以下氨水、碳酸钠有抗腐蚀作用。又由于它具有质轻、松散、光滑、径厚比大、附着力强、耐高温等特点，因此又可作为填料用于涂料的制造（防火涂料、降燥涂料、防水涂料），可防止涂料沉淀，提高产品性能。^[18]

在浇铸钢锭时也用膨胀蛭石对钢水液面保温，使钢材合格率提高20%，总成本减少10%~30%。由于膨胀蛭石能使钢水缓慢冷却和除杂，因而能改善钢的显微结构，并使优质钢产量增加2%~4%。^[18]

蛭石可用做土壤改良剂，由于其具有良好的阳离子交换性和吸附性，可改善土壤的结构，储水保湿，提高土壤的透气性和含水性，使酸性土壤变为中性土壤；蛭石还可起到缓冲作用，阻碍pH值的迅速变化，使肥料在作物生长介质中缓慢释放，且允许稍过量地使用肥料而对植物没有危害；蛭石还可向作物提供自身含有的K，Mg，Ca，Fe以及微量的Mn，Cu，Zn等元素。蛭石的吸水性、阳离子交换性及化学成分特生，使其起着保肥、保水、储水、透气和矿物肥料等多重作用。^[18]

蛭石可用于花卉、蔬菜、水果栽培、育苗等方面。除做盆栽土和调节剂外，还用于无土栽培。作为种植盆栽树和商业苗床的营养基层，对于植物的移栽和运送特别有利。蛭石能够有效地促进植物根系的生长和小苗的稳定发育。长时间提供植物生长所必需的水分及营养，使作物从生长初期就能获得充足的水分及矿物质，促进植物较快生长，增加产量。^[18]

膨胀蛭石有独特的构造特性和表面性质，以及无毒、无菌和化学惰性，可用做载体、吸附剂、固着剂和饲料添加剂。作为饲料添加剂的膨胀蛭石，一方面能使食物在动物肠道消化系统中缓慢下移，增加肠胃的消化能力；另一方面能加速家禽等的生长速度，提高产量和质量，还可吸收饲料中有毒物质（如作物上残留的杀虫剂，使农畜产品中污染物减少。此外，蛭石能吸收动物粪便的臭味，降低粪便的温度和延缓腐烂，改善家禽生长的环境。^[18]

蛭石对某些放射性元素有吸附功能。可作为核废料的处理剂，如用于处理含放射性元素的废水，有时也利用膨胀性蛭石吸附海、湖、河水中漂浮的油污，达到净化比环境的目的。^[19]

蛭石作为填料加入摩擦材料、可起着增强剂、热稳定剂的作用。用蛭石制成的刹车片具有良好的耐热性和抗剪、抗弯强度，制动效果好。^[19]

用蛭石作香料油的载体而制作的香料具有散香时间长的特点。^[19]

膨胀蛭石还可用作冷却器及冰箱的保冷材料。可作包装运输中的衬垫材料、润滑材料等。^[19]

当蛭石加热到高温时，内部的水会使其体积膨胀。^[20]可按照蛭石的外形和热处理反应结果进行分类，将蛭石分为三级。一级，体积膨胀10~25倍，呈黄铜色或淡绿色，珍珠或油脂光泽，焙烧后变为金色；二级，体积膨胀5~10倍，铜色，玻璃光泽；三级，体积膨胀2~5倍，呈暗色或近似黑色，焙烧后呈银白色。^[21]

按照蛭石的晶体鳞片大小进行分类，蛭石可分为四级。一级，晶体鳞片>15mm；二级，晶体鳞片4~5mm；三级，晶体鳞片2~4mm；四级，晶体鳞片<2mm。^[21]

世界主要的蛭石产地为美国和南非，产量占世界生产总量的95%。美国产量的三分之二产于蒙大拿州利贝（LIBBY），三分之一产于南卡罗来纳洲的埃诺雷（Enoree）。南非主要产地是德兰士瓦省东北部的帕拉博拉（Parabora）。此外，中国、俄罗斯、澳大利亚、巴西、加拿大、印度、日本、肯尼亚、朝鲜、墨西哥，摩洛哥，津巴布韦等地亦有出产。^[7]

中国蛭石主要分布在新疆、山西、陕西、江苏、内蒙古等地，其中新疆尉犁且干布拉克蛭石矿床资源储量最大。截至2012年年底，中国蛭石矿石查明资源储量为3341.09万吨。^[10]

蛭石这种矿物的成因，概括起来有两种解释。一是由于超基性岩受热液的侵蚀而形成的；二是由于处在风化层中受风化作用而生成的。^[22]

热液蚀变作用：就是岩浆后期的水热变质，在热液的作用下，除掉了云母等矿物中的大部分碱质，增进了大量的水分，使云母受到不同程度的水化，形成蛭石。^[22]

风化作用：就是地下水参滤到云母等矿物中去，产生水化作用生成了蛭石矿物。^[22]

蛭石的主要生产国美国、巴西、保加利亚、中国、印度、南非、津巴布韦等。2021年、2022年世界主要原产国蛭石产量和储量如下表。^[9]

蛭石粉可引起严重的眼睛刺激和呼吸道刺激。^[23]。从动物实验的结果来看，动物染尘一个月肺组织内可见上皮样细胞为主的尘细胞灶、且有网织纤维增生，染尘后三个月，结节中有较多的红染纤维，染尘9个月和12个月均可见Ⅱ级纤维、细胞性结节。说明蛭石粉尘对大鼠肺有致纤维化作用。^[24]

有些蛭石在绝缘层含有石棉纤维，人吸入这些石棉纤维会导致健康问题。在美国蒙大拿州的利比矿山，该矿山有石棉的天然沉积物，导致矿山的蛭石被石棉污染，在蛭石的开采过程会吸入石棉，被人吸入后，石棉会附着于肺部组织，造成严重伤害，导致石棉肺、肺癌和间皮瘤等恶性疾病。^[25]