硅藻土与矿物土（二）

2、各种矿物土
    天然存在的矿物土，有不少种类具有吸附能力(或在经过化学处理活化以后)。如漂白土 (亦称富勒氏土，fuller's earth)；蒙脱土(montmorillonite，亦称班脱土bentonite)，商品常称为膨润土，或简称白土；以及凹凸棒土(简称凹土, attapulgite)等。我国亦有丰富的资源，并有多种产品供应。
    蒙脱土的化学组成通式为：Al₂(Si₄O₁₀)(OH)₂•xH₂O，或Al₂O₃.4SiO₂•xH₂O，其中(SiO₂/Al₂O₃)比率约为4:1。蒙脱土含SiO₂(50%～70%)、Al₂O₃(15%～20%)，还含有少量的铁、钙、镁、钠、钾的氧化物。不同产地的成份可有很大差别。蒙脱土的化学结构中有大量的孔隙，能吸附大量水分。天然的蒙脱土含水约50%～60%，在干燥后内部形成大量孔隙，优良者可达其体积的60%～70%，比表面积约为120～140m²/g。它具有良好的吸附性能，能吸附自身重量12%～15%的有机杂质。它还有较强的阳离子交换能力，这与它的化学成分有关。
    新开采的蒙脱土相当软，有塑性。呈白色，或带浅黄、浅红、绿、紫等色；是质地致密的鳞片状微晶集合体。具蜡状或油脂光泽。将它经过分选、破碎、干燥、磨粉和筛分等处理而成为产品。
    将蒙脱土用盐酸或硫酸处理，可使它活化而将它的吸附能力提高3～5倍。这种产品称为活性白土或酸性白土。将蒙脱土与水调和成浆状，在反应器中加入盐酸(HCl为土量的28%～30%)或硫酸，加热反应2～3小时，将土中的有机物和钙、镁、钠、钾等成分溶去，然后分离除去反应物中的残酸及溶解物，用水洗涤至接近中性(产品中的游离酸含量应小于0.2%)，再干燥至水分低于8%，粉碎至200目筛通过90%以上，即为活性白土。
    活性白土是白色或米色粉末或颗粒。主要成分是Al₂O₃.4SiO₂.nH₂O。表观密度0.55～0.75g/cm³，相对密度2.3～2.5。不溶于水，有油腻感。它的表面有很多不规则的孔穴，比表面积很大，具有良好的吸附性能，可除去动、植物油和矿物油中的不良气味和有色物质，它还有离子交换能力和选择吸附性。活性白土已广泛应用在食品、酿造和化学工业中，将各种油类和有机物脱色精制。
    活性白土的质量指标按其用途而分为几个级别。用于食用油加工的质量要求较高。
    凹凸棒土是一种以硅酸镁为主要成分、并含有铝、铁等元素的粘土矿，最早发现于美国的凹凸堡而得名。美国的产量较大，20世纪40年代已开始应用在石油化工等行业。我国江苏、安徽等省亦有矿藏和产品。 它呈白色、浅灰色或浅褐色，带土状光泽，硬度2～3，密度2.05～2.3g/cm³，具有层链状的结构，单斜晶系，表面多沟槽，内部多孔道，有很大的表面积，可让阳离子、水分子和一定大小的有机物分子进入，可交换阳离子，并有较强的吸附脱色能力。
    国内曾有几个单位进行过初步试验，说明活性白土和凹凸棒土都对糖液有一定的脱色作用。由于这类物质的来源丰富、价格较低，而且某些品种(包括经过加工精制和活化的)有很好的脱色力，将它们应用于糖液的脱色精制是很值得进一步研究的。
3、吸附性能
    硅藻土的首要功能是吸附除去溶液中的微细粒子，提高过滤速度和得到清晰的滤液。使用其他的土类吸附剂也有同样要求。
    Bennett曾研究多种这类固体吸附剂对蔗汁中悬浮微粒的作用，包括硅藻土、皂土、酸性白土，高岭土、富勒土、蒙脱土、Lanxite等矿物土以及普通木炭和酸洗木炭等。结果表明，有几种物体能吸附蔗汁中的悬浮微粒，又能交换吸附溶液中的钙离子，这两方面的性能具有正比例关系。一些实验结果示于下图。它的纵坐标为这些吸附剂吸附微粒的能力，以每克可吸附的微粒个数表示；横坐标表示它们对溶液中钙离子的离子交换容量。
    多种不同样本的试验结果说明了，这两个数值之间有很规律的比例关系。由此可知，这些吸附剂对悬浮微粒的吸附，是主要通过吸附钙离子起作用，其实质是钙离子在吸附剂与悬浮微粒之间起架桥作用，将它们连结起来。无疑，实现这种吸附作用需要形成大量的钙离子桥。根据上述实验数据算出，为吸附一个悬浮微粒，吸附剂所需的交换Ca²⁺ 容量为8×108个。不过，钙离子在微粒之间起架桥作用的只是其中的很小部分。
    他的研究还表明，一些原来吸附能力较差的吸附剂，如果用浓NaCl溶液浸一段时间再洗净，可明显提高它们吸附Ca²⁺的能力 (因Na⁺置换了吸附剂中原来所含的一部分其他阳离子)，此时它吸附蔗汁悬浮微粒的性能亦按比例提高，符合该图的规律。这种规律是应当重视的。因此，糖厂选用这类吸附剂(包括助滤剂)，应选择对钙离子有较高的交换吸附性能者，或经过用盐水浸渍处理来提高它的性能。