二十一世纪非金属矿物环保材料的发展前景及建议

目前，我国正处于社会经济、现代化工业高速发展阶段，也面临着许多西方发达国家曾遇到的环境污染问题，诸如生态环境严重透支、水土流失、土地荒漠化、“三废污染”造成生物多样性锐减等，严重制约了我国经济建设的可持续发展。正是在这日益严峻的形势下，从政府到企业，从科研到生产，全社会都高度重视环境保护的问题，使得我国的环保研究及产业获得较快的发展。随着技术进步，产生了环境材料、环境矿物材料和环境矿物学等新概念、新材料和新学说。 众所周知，大自然具有天然自净化功能，使得人和地球能相互依存。过去在认识、研究、开发和利用天然自净化作用时，重点放在有机生物对各类污染物的净化功能上，忽略了对天然矿物净化功能的研究，环境矿物学和环境矿物材料的产生弥补了这方面的不足。环境矿物材料是环境矿物学的重要内容之一，而非金属矿物是地球矿物组成中的重要组成部分，所占比例远远超过金属类矿物，如何充分利用非金属矿的环境属性，正成为环境矿物学和环境科学的重点研究方面和学科生长点。

1 非金属矿在环保领域的应用

目前，自然界已发现的非金属矿种类达1500 多种，已被开发的仅200 多种，应用于环保领域的有近50 种。其中有天然非金属矿产品，也有非金属矿深加工产品和制品。部分具有独特物化性能的非金属矿物材料治理水体、大气及固体污染物的应用开发已完成；在治理应用方面也取得了一些突破。例如：①利用硅灰石、长石、透辉石、霞石、正长岩、玄武岩等，生产节能型生态建材；②利用具有体轻、导热系数小、耐高温、吸音等特点的沸石、硅藻土、膨胀珍珠岩、蛭石、浮石、海泡石等非金属矿，生产安全健康型生态建材；③利用具有吸附和药用功能的沸石、硅藻土、滑石、石膏、方解石、高岭土、蛇纹石、麦饭石等，生产保健型生态建材；④利用具有孔状结构的坡缕石和海泡石，来处理有机废水；⑤利用具有片状结构、良好的高分子交换性和强吸附性的蛭石，作土壤改良剂和金属废水的处理介质；⑥利用比表面积大、离子交换性高及吸附性能优良的蒙脱石、凹凸棒土、沸石等，来处理生活废水、工业废水，去除废水中的重金属离子(如Ni2+、Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cr2+、Al2+等)、有机污染物及磷酸根离子等。特别要指导出的是：水体中的重金属污染是困扰人类社会多年的公害，水体中的重金属离子可进入水生物体内，再通过食物链进入人体。大部分重金属离子是致癌、致畸的有毒物质。重金属废水的传统处理方法，有离子交换法、电解法、结合法等。研究表明，用吸附法在去除效率和成本上是最好的，此法具有材料来源广、价廉、节能、吸附效率高的特点。要求采用比表面积大的、内微孔丰富的非金属矿，吸附后的脱附效果优良，且能够二次使用；⑦利用比表面积大、吸附性强的膨润土、海泡石、坡缕石、高岭土等作为吸附过滤材料，处理臭气、毒气(如NH3、SO2、H2S 等)之类的有害气体；⑧利用经表面改性的粘土矿物处理固体垃圾，并可防止二次污染；⑨利用膨胀石墨治理大气污染和海洋油类污染。在处理油轮近海原油泄漏时，膨胀石墨清除海面油污的试用效果很好，优于传统的活性炭、棉花吸附和氧化清除等方法。膨胀石墨对重油、蜡油、润滑油、柴油和汽油的吸附容量，分别是活性炭的20、15、24、16和12 倍。另外，天然沸石、海泡石、蒙脱石、坡缕石等，在国防工业、核工业、航天工业中防毒、防辐射等方面也有很好的应用。 与其它环保材料相比，非金属矿在环保领域中的应用具有以下几个特点：①应用范围广，除了“三废”处理外，还适用于高科技发展产生的新污染，如光辐射、各种射线辐射、微波、电磁场、低频噪音等；②非金属矿是自然界天然无机矿产，具有与天然环境的共生性和协调性，既能治理污染，又能恢复环境、回归自然；③绝大部分非金属矿在环保中的应用都能循环利用，不产生二次污染，治污成本低；④非金属矿具有天然自净化功能，在一般性环保技术不能解决的非点源区域性污染问题方面能发挥独特的作用，即非金属矿环境属性的地质技术特性，这是物理化学、生物治污方法所不能比拟的。

2 新世纪非金属矿环保材料的发展前景及建议

面对日益严重的环境问题，“十六大”把实施可持续发展策略，实现经济发展和人口、资源、环境协调作为党必须坚持的基本经验，强调最大限度地发挥资源的经济效益、社会效益和环境效益。近5 年来，我国用于环境保护的总投资已超过4900 亿元。这既说明我国政府对环境保护的重视，又表明了环保市场的巨大。 相对于非金属矿在其它领域的应用而言，环保应用还是一个新领域，可以说非金属矿环保材料的开发利用是非金属矿工业发展的新方向和新经济增长点之一。国家科技部制订的2001～2010 年10 年可持续发展纲要中，就提出了“开发非金属矿高效利用技术”。环境矿物学和环境矿物材料，已成为环保科技领域发展最快的一部分。 面对新形势、新挑战和新发展机会，非金属矿工业在环保领域的应用开发，建议做好以下几项工作：①要强化对非金属矿环境矿物学和非金属矿环保材料学的深刻认识，对已开发利用的非金属矿物的环保属性作进一步研究，发展非金属矿用于环境污染治理与环境修复的新技术，以指导非金属矿环保材料的开发与应用；②非金属矿品种很多，但成熟地应用于环保的还不多，应不断地开发新矿种和新的非金属矿环保产品，如屏蔽紫外线、抗幅射功能的绢云母；有吸收X—射线功能的天青石；屏蔽和反射核幅射的石墨；吸收放射线、净化空气的伊利石等。应集中力量在部分矿种、重点领域寻求突破，应有所规划，明确重点和方向，以国家经贸委确定的“十五”重点非金属矿发技术之一：“非金属矿粘土矿物用于环保领域的产品生产技术与装备”为实施目标。我院及“中心”五年前就开始着手研究非金属矿在环保领域的应用技术开发，2002 年，承担的国家“863”计划课题“固沙植被用新材料与低成本制备技术”正在开发中。另外，我院利用改性粘土处理印染污水、工业废水、固体废弃物等项目，也获得了国家科技部的重视和支持，现已筹备建立环境矿物材料实验室，有些已得到产业化的应用；③非金属矿与其它行业联合，共同研究开发非金属矿在环保领域的应用，学科互相交叉，多个领域互动，共同推动非金属矿环保材料的发展，既要重视基础理论的研究，也要重视实际应用的技术开发以及实际生产应用。非金属矿既能治理环境污染，又具有恢复、建造环境的功能。所以，我们不仅着重研究非金属矿的资源属性，还应加强其环保属性的研究，从两方面着手，既治标又治本，使得社会发展能适应环境而非改造环境；④各大学、科研院所对非金属矿物材料应用于环保研究都做了大量的工作，建议中非协会召开一次非矿环保材料会议；尽快组建非金属矿物环境材料专委会，促进已有科研院所和生产、应用企业的交流，以及与其他相关应用行业、国家环保管理部门的沟通，争取将其列为国家鼓励与扶持的产业并获得政策支持。

3 结语

应该充分认识到，非金属矿环保材料在治理污染、环境恢复领域具有十分独特的作用，并在治理污染的规模、成本、工艺、设备、操作、效果及防止二次污染等方面具有明显的优势。 面对日益恶化的生态环境和生机勃勃的环保工业，对非金属矿环保材料的研究和开发而言，挑战与机遇并存。随着非金属矿深加工技术的发展，对非金属矿环保属性等方面研究的不断深入，非金属矿在环保领域的开发应用会越来越广泛。相信在今后十年内，非金属矿在环保领域中的应用必将保持快速增长，预计年均增长率在15%左右；非金属矿环保材料也将成为非金属矿工业新的热点。但要形成国内的非金属矿物环保材料产业，还存在许多问题，需要大家的共同努力。