文/汤鉴淮1 马北越1 李广明2 张呈呈2 齐春阳2
1. 东北大学 冶金学院；2. 大石桥市美尔镁制品有限公司
摘要：滑石（Mg3Si4O10（OH）2）是一种化学性质稳定、机械性能良好的具有层状结构的镁质硅酸盐矿物。文中综述了我国滑石的资源概况和近年来滑石以及改性滑石在污水处理、陶瓷、涂料、医药、塑料等行业的应用研究进展，分析了滑石在开发利用中存在的问题，并对滑石的发展方向和前景做出了展望，以期对我国滑石产业发展提供借鉴。
关键词：滑石；开发；综合利用；综述
Research situation of development and utilization of talc in China
Tang Jianhuai1 Ma Beiyue １Li Guangming2 Zhang Chengcheng2 Qi Chunyang2（1. School of Metallurgy，Northeastern University，Shenyang 110819，China；2. Dashiqiao Meir Magnesium Products Co.，Ltd.，Yingkou 115199，China）
Abstract：Talc [Mg3Si4O10（OH）2] is a layered magnesium silicate mineral with stable chemical properties and good mechanical properties. The general situation of talc resources in China and the application research progress of talc and modified talc in the sewage treatment，ceramics，coatings，medicine，plastics and other industries in recent years are reviewed. The problems existing in the development and utilization of talc are analyzed，and the development direction and prospect of talc are prospected，so as to provide reference for the development of talc industry in China.
Key words：Talc；Development；Comprehensive utilization；Review
00、引言
滑石是一种具有特殊层状结构的硅酸盐化合物，化学式为Mg3Si4O10（OH）2，莫氏硬度为1，是世界上已知的最软的矿物[1]。手触有滑腻感，层与层间易解理，因此常呈鳞片状或块状；导电和导热性能差；收缩率低，吸油能力强，白度高，同时具有较好的干润滑性、吸附性、悬浮性、耐热性和流变性。由于所含的杂质种类及含量的不同，滑石常呈现不同的颜色，如浅黄、粉红、浅褐色等，解理面上呈珍珠光泽[2-4]。滑石作为一种常见的优势矿产资源，其具有的许多优良性能决定了滑石在许多行业都有着巨大的需求量。
本文综述了我国滑石的资源概况和近年来滑石以及改性滑石的应用研究进展，分析了滑石在开发利用中存在的问题，并对滑石的发展方向和前景进行了展望，以期对我国滑石产业发展提供借鉴。
01、滑石矿资源概述
1.1 滑石矿的成因
滑石矿类型按照成因主要分为以下5种：
（1）区域变质型滑石矿，这种类型的矿床不仅分布较广而且储量较大，矿床形成的主导成矿作用是区域热动力变质作用；
（2）超基性岩热液蚀变矿床，该类矿床规模一般不大，其矿石成分比较复杂，矿石中铁、铝、钙等含量较高，矿石质量较差；
（3）富硅岩浆热液交代型滑石矿床，矿床由富硅岩浆热液交代富镁质碳酸盐岩而形成，矿石矿物组合极为复杂，除滑石外，常含有绿泥石、透闪石、透辉石、蛇纹石等杂质矿物，矿石质量较差；
（4）古岩溶热液交代型滑石矿床，此类滑石矿床的形成与泥盆系和石炭系含硅质岩、硅质条带、富镁质碳酸盐岩层位有关，矿石矿物组成较为简单，除滑石外，仅发现方解石及少量有机质，常见于我国华南地区；
（5）沉积型滑石矿，该类矿床为中国近几年发现的一种新类型，此矿床由海洋中的镁质、硅质物质沉积成岩后经变质改造而形成，矿石呈黑色黏土状，具有明显沉积组构特征，矿石矿物组合较为简单[5-7]。
1.2 我国滑石矿资源概况
我国滑石资源丰富、品质上乘，是我国优势矿产之一，其探明储量和保有储量均居世界前列[8]。截至2019年，我国滑石基础储量8891.69万t（其中储量2672.63万t），滑石矿床相对集中分布在辽宁、山东、广西、江西、青海五省（区），占全国滑石储量的92%[9]。
其中辽宁省滑石矿产资源丰富，所属的大多数矿区都属于碳酸盐型滑石矿床，一般为菱镁矿经热度交代区域变质而形成，矿石以粉色、白色、灰白色和青灰色块滑石为主，主要分布在鞍山、海城、本溪、大石桥和凤城等市县[10-12]。
02、滑石矿的加工工艺与提纯
滑石矿是一种重要的非金属矿产资源，也是我国优势矿产资源，但可直接利用的高品级滑石矿越来越少，因此选矿提纯开发低品级滑石矿对于解决我国滑石矿资源的需求非常关键。
根据滑石矿的成因和种类不同，滑石矿中常含有石英、长石、方解石、白云石和石棉等伴生矿物或杂质[13]，可以根据实际情况灵活地选择滑石矿的加工工艺方法。目前其主要加工方法有手选法、浮选法、磁选法、光电法、电选法和选择性絮凝浮沉法等[14-16]。在目前行业应用中，对滑石产品质量要求越来越高，而浮选法和磁选法是常用且有效获得高品质滑石粉的方法，此种方法具有工艺简单、成本低、精矿品位高和节能环保等特点[17]。
03、滑石的利用现状
3.1 助滤剂和吸附剂
我国水处理行业发展迅猛，助滤剂作为国内水处理领域不可或缺的产品，需求量较大。目前，常用助滤剂主要有珍珠岩、硅藻土和纤维素等[18-20]。这些助滤剂虽然各有优势，但也存在一些问题，如：助滤剂原料匮乏，化学稳定性不高，过滤效果不理想等；另外，市场上大多数助滤剂的生产成本高，价格也比较昂贵。针对现有助滤剂的缺点，以资源丰富的滑石粉为原料研发化学性能稳定、成本低且过滤效果好的新型环保助滤剂也是一大热点[21]。
滑石矿以及工业级的滑石粉都不可避免地含有一定的杂质，加之滑石粉的片断裂端面有较好的亲水性，因此不能直接将其作为助滤材料使用，需要去除滑石粉中的杂质成分，优化滑石粉的孔洞和结构以及增强润滑性和疏水性。王朝鹏等[22]采用微波辅助酸化法并通过乙酸对工业级滑石粉进行纯化和表面改性。在40℃下将滑石粉在乙酸溶液中浸泡后，再置于600W的微波反应合成仪中辐射制得微波辅助酸化滑石粉，在乙酸浓度为1mol/L、浸泡时间为9h及辐射时间为5min的条件下，微波辅助酸化滑石粉对亚甲基蓝的脱色率高达83.03%，而原滑石粉对亚甲基蓝的脱色率仅为29.0%。杨双春等[23]用阳离子表面活性剂HTAB（C19H42BrN）改性滑石制备了助滤性能良好的滑石助滤剂，并以高岭土悬浊液对其进行过滤测试。在滤液体积累计为25mL时，添加HTAB-滑石助滤剂所需时间为80s左右，比未添加助滤剂所需时间快约3min，过滤速度明显更快。
滑石因具有特殊层状结构和较大比表面积，因此其显示出较强的吸附性能和离子交换性能，可作为含镍污水处理的吸附剂。研究表明[24]，滑石对含镍废水的处理效果良好，滑石用量是影响滑石对Ni2+去除率的一大因素，滑石用量为7.0g/L、反应时间为5h、pH值为8.0是滑石处理含镍废水的最优工艺条件。
砷是一种具有高毒性、难降解的物质，常以各种化合物的形式广泛存在于自然界中，对环境产生危害。未改性的滑石对水中砷的吸附率并不理想，仅为3.02%，可以用FeCl3对滑石进行改性以提升滑石吸附砷的能力[25]。这是因为砷和Fe3+具有结合性，且滑石吸附比其他离子牢固。用1.0g铁改性滑石（ 按照滑石: 氯化铁为2:1的质量比制备），在室温下，pH=7时，对浓度为1.0mg/L的砷溶液振荡3h，吸附率可达99.74%，比未改性滑石提高30多倍。
微波强化降解是去除水溶液中有机污染物的有效方法，Ai等[26]制备了一种新型的FeSx/滑石复合材料（TF），在微波辐射下研究其对废水中2，4，6-三氯酚以及化学需氧量（COD）去除率。制备的FeSx/滑石粉复合材料能在废水中迅速释放出羟基和硫酸盐自由基，可有效去除2，4，6-三氯酚。当废水中TF的浓度为1g/L、微波辐射时间为5min时，最大COD去除率可高达90.1%，明显优于FeSx颗粒或滑石粉单独处理的效果。这种新型FeSx/滑石复合材料具有成本低、物理化学稳定性好以及可重复使用等优点，有望成为一种快速去除废水中有机污染物的潜在材料。
滑石的化学反应活性较弱，在机械力化学活化后，其粒度减小、比表面积增大，且产生大量的表面不饱和键及断裂面，理化反应势能大幅度降低，反应活性明显增强，经过机械力化学活化法的滑石，可以实现对重金属离子的高效沉淀。刘春琦等[27]为提升滑石对含铜废水的净化性能，在行星式球磨机上对滑石进行了机械力化学活化。相比于滑石原矿，经过机械力化学活化后其反应活性得以显著提升，其对铜离子去除能力也大幅度增强，当球磨机转速为500r/min、滑石用量为10g/L时，机械力化学活化滑石在100mg/L硫酸铜溶液中对铜离子的处理量是滑石原矿的13倍以上。
3.2 制备陶瓷材料
将滑石引入到陶瓷中能起到助熔的作用，研究发现[28]在烧制温度1330℃下，外加滑石用量为15%时，滑石在铝质陶瓷烧制过程中能起到良好的助熔作用，还能在高温下与坯体反应生成原顽火辉石细小颗粒并可均匀分布在陶瓷基质中，对瓷胎起到弥散增强作用，从而利于提高铝质陶瓷烧结性能和抗折强度。
余辉等[29]以滑石为主要原料， 再配以高岭土、长石成功制备了镁质陶瓷材料。发现滑石用量在65%～75%范围内时，随着滑石用量逐渐增加，制备镁质陶瓷的抗折强度逐渐增大，其原因在于生成的镁质玻璃和原顽火辉石等反应物能对镁质陶瓷瓷体起到更好助熔和增强作用；在1270℃的烧成温度下，当滑石用量为75%时，制得镁质陶瓷的抗折强度为160.5MPa。
3.3 涂料改性
导弹发射筒用热防护涂层一般是由树脂基复合材料合成，而甲基双苯基硅橡胶具有耐热性能好等特点，可作为热防护涂层的基体材料，但其无法抵御强气流的剪切与冲刷作用。玻璃纤维和滑石粉在高温下能够与硅橡胶基体实现共熔融，使涂层体系从有机向无机的陶瓷化转变。高超等[30]以甲基双苯基硅橡胶为树脂基体，添加20%的滑石粉、20%的玻璃纤维及20%的白炭黑，成功制备了一种维形能力优异、烧蚀产物强度高且能抵御高温和强冲刷环境的热防护涂层，其密度约为1.2g/cm3，拉伸强度约为4.0MPa，制得的2mm厚热防护涂层可在2000℃的等离子火焰下重复使用4次以上。
为了提高透明防火涂料的阻燃和抑烟性能，徐志胜等[31]先将滑石粉与柔性磷酸酯（PPB）反应制备新型磷酸酯接枝滑石粉阻燃剂（TPPBs），再将阻燃剂与甲醚化三聚氰胺甲醛树脂（MF）复配制备得到透明防火涂料，滑石粉可以均匀分布在基材树脂中并且形成了富含磷交联结构和芳香结构，提高了涂层的热稳定性和成炭量，并能生成更加致密和稳定的膨胀炭层，均可显著增强防火涂料的热稳定性、阻燃和抑烟性能，当PPB与滑石粉以质量比95:5复配所制备的涂层表现出最优异的阻燃和抑烟性能，其火焰传播比值和烟密度等级最低，分别为3.1%和6.2%。
极端环境变化等影响逐渐要求水性阻尼涂料在较宽温度频率范围内都能拥有更优异的阻尼特性，以降低其对温度和频率的敏感性。黄志雄等[32]以苯乙烯/丙烯酸酯乳液为基体，以硅烷偶联剂改性的滑石粉为填料，成功制备了一种水性阻尼涂料。研究发现加入改性滑石粉后，制得涂料的阻尼性能显著提升；当滑石粉与改性玻璃纤维粉质量比为10:1时，附着在不锈钢表面的水性涂层附着力和拉伸剪切强度最大，分别为0.45MPa和0.55MPa。胡庆荣等[33]先将滑石粉用分散剂分散稳定，然后使其与苯丙乳液融合形成了一种水性涂料，当增加滑石粉的使用量时，水性涂料的表层干能力、回黏性及硬度与耐腐蚀性能均得以改善；随着滑石粉添加量的逐渐增加，水性涂料的透光率和吸附力呈现下降趋势，而其柔韧性与耐冲击性未受到影响。
3.4 医药
滑石自古以来都是临床中常用的矿物类中药，始载于《神农本草经》，其具有利尿通淋、清热解暑及祛湿敛疮等功效。近年来许多研究者发现含滑石药物对治疗鼻窦炎与腹泻等疾病都有积极作用。
焦政等[34]研究发现，滑石的表面吸附能力和静电吸附能力可固定小肠黏膜表面的轮状病毒及其产生的毒素，使其失去致病作用，以治疗轮状病毒感染引起的小儿秋季腹泻。中医著作《温病条辨》记载的黄芩滑石汤具有清脾泻热、利湿去浊的功效。钟敏茹[35]等证明了黄芩滑石汤在治疗急性鼻窦炎方面具有一定疗效，可有效改善症状，降低病人炎症反应，提高临床疗效。曾屹生等[36]研究表明，黄芩滑石汤不仅可以提高脾胃湿热型慢性鼻窦炎在鼻内镜术后的疗效，还可以改善鼻内镜手术后鼻塞、流脓涕等症状。此外，黄芩滑石汤对于治疗乳蛾、泄泻及咳嗽也都有一定的效果[37]。
杏仁滑石汤是一种含有滑石成分的中药方剂，具有清利湿热、平喘化痰和止咳利咽的作用。杨渊征等[38]探究了杏仁滑石汤与哌拉 西林舒巴坦联合对重度肺炎患者肺功能与炎症反应的影响，发现杏仁滑石汤能有效抑制重度肺炎患者肺部的炎症反应，从而改善患者肺功能。另有研究发现[39]杏仁滑石汤可用于辅助治疗小儿手足口病，对于出现的皮疹、口腔溃疡及体温不正常等症状均有积极的疗效，且未见不良反应。
3.5 塑料材料的改性
无论在常温还是高温条件下，滑石粉作为无机填料用于塑料改性中都能起到重要作用，已成为塑料工业中不可或缺的改性助剂。添加滑石粉可以提高塑料的表面硬度、冲击强度、拉伸强度、弯曲模量、耐磨及阻燃性能等。
3.5.1 PTFE的改性
聚四氟乙烯（PTFE）树脂具有优异的耐高低温、耐老化、耐腐蚀、高绝缘等性能，但由于其尺寸稳定性与导热性能差、蠕变大且硬度低，尤其在载荷下易磨损，限制了其在机械承载、摩擦磨损和密封润滑等领域的应用，故需要对其进行填充改性。据报道[40]，加入滑石粉能显著增加PTFE复合材料的硬度，有利于提高复合材料的耐磨性能，复合材料的密度随着滑石粉填充量（0～10%）的增加而快速增加；添加滑石粉还能显著改善复合材料的耐磨性能，当添加20%滑石粉时，复合材料的磨耗量仅相当于纯PTFE的1/2000（磨损条件为200N，2h，200r/min）；复合材料的结晶度随滑石粉填充量的增加先下降后升高，当填充20%滑石粉时，复合材料的结晶度为三者中最高，比纯PTFE提高了17%。
3.5.2 PP的改性
聚丙烯（PP）具有密度低、易加工成型、力学性能与化学稳定性优良等特点，但聚丙烯具有成型收缩率较高、耐低温性及韧性较差等缺点，制约了其广泛应用[41]。采用滑石粉填充改性PP，改性后的聚丙烯材料的耐热性好，收缩率低，尺寸稳定性好，硬度高[42-44]。滑石粉填充PP复合材料已广泛应用于汽车部件及日常用品的生产，其产品与未填充滑石粉的PP相比具有诸多优异特性。
滑石粉填充到PP复合材料中能起到成核剂作用，会促使PP晶体依附在其表面生长，使其可在较高温度区域内结晶，从而促进PP的结晶更趋完善。添加滑石粉后，复合材料的结晶温度和熔融温度均高于纯PP，随着滑石粉用量的增加，复合材料的拉伸强度和断裂伸长率均呈先增后降趋势，当滑石粉用量为10%时，复合材料的结晶温度、熔融温度和断裂伸长率均达到最大值。杨波等[45]研究表明，填充25%的滑石粉可大幅度降低聚丙烯复合材料的收缩率，利于提高其品质。
刘朝福等[46]向聚丙烯（PP）中添加经钛酸酯偶联剂改性的滑石粉制得PP/滑石复合材料，发现引入适量改性的滑石粉能提高复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度等力学性能。孙岳玲等[47]通过添加经钛酸酯偶联剂表面改性的滑石粉，有效提高了PP/滑石复合材料的耐热性能和阻热性能。
滑石粉的粒径大小会影响聚丙烯复合材料的力学性能[48]，滑石粉粒径越小，制得PP/滑石粉复合材料的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度及断裂伸长率越大，且刚性与韧性越好，收缩率和熔融指数越小。宋波等[49]的研究也证实了这一点，说明滑石粉在复合材料中起到了增韧增强的效果。
赵丽萍等[50]向聚丙烯材料中引入20%滑石粉和0.7%无机银离子抗菌剂，制备出抗菌PP/滑石复合材料，发现该材料可长时间有效抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的生长，抗菌效率高达99.9%。
3.5.3 PA6的改性
聚酰胺6（PA6）是一种耐腐蚀、耐磨性和阻隔性能优异的热塑性工程塑料，被广泛应用于电子电器、汽车部件和电动工具等领域[51]。但传统PA6的结晶速率高，导致制品的尺寸稳定性、力学性能及低温烘干性能较差等问题，限制了其加工和应用。通过添加滑石无机填料来改善PA6基体的综合性能，从而可拓宽PA6材料的应用领域。
刘路等[52]将滑石粉填充到PA6中得到PA6/滑石复合材料，研究了添加滑石粉对复合材料加工性能、力学与耐热性能的影响，发现引入滑石粉使PA6的弯曲模量提高了177% ， 熔流指数下降了约50%，材料的热变形温度较初始值提升了近100℃。
于开锋等[53]以PA6和滑石粉等为主要原料，采用熔融共混法制备了PA6/滑石复合材料。发现随着滑石粉粒子含量的增加，制备材料的力学性能呈先增后降趋势，当滑石粉填充量为10phr（ Parts per hundred parts of resin）时，其综合力学性能较优，拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别为130.45MPa、185.42MPa和17.55kJ/m2。
王忠强等[54]以滑石为填料，采用原位聚合法制备免喷涂PA6/滑石粉纳米复合材料（n-PA6），研究发现滑石粉以纳米状态均匀紧密地分散在PA6基材中，滑石粉的引入能提高复合材料的结晶速率和结晶度，同时提高了力学性能，与PA6相比，n-PA6的拉伸强度提高了20.25%，弯曲强度提高36.63%，弯曲弹性模量提高63.32%，热变形温度提高83.64%，热稳定性得到提高；另外n-PA6复合材料的免喷涂效果以及光泽度都比PA6要好。
3.5.4 PC的改性
聚碳酸酯（PC）是一种具有良好的力学性能、热性能以及阻燃性的热塑性工程塑料，在电子电器、LED照明及汽车零部件制造等领域得以广泛应用。应杰等[55]研究发现滑石粉虽然会降低PC的冲击强度，但能通过降低PC的热释放速率和总热释放提高PC的阻燃性能；滑石粉还可以提高PC的初始热分解温度，从而利于改善PC的热稳定性；除此之外，滑石粉可通过抑制氧气和热量的传递来提高阻燃PC的耐热氧老化与耐湿热老化的能力。
04、结语与展望
滑石作为我国的优势矿产资源，其合理开发与高效利用至关重要。滑石可作为吸附剂、助滤剂以及用于涂料改性、医药原料、塑料改性等诸多方面。针对目前滑石的开发与利用现状，提出以下几点建议：
（1）目前我国低档滑石供大于求，应当提高滑石的微细加工技术以及提纯改性技术，开发高档滑石，并拓宽其应用领域。
（2）加强滑石在污水处理等领域的产学研用深入合作，为国家环保产业发展提供有力支撑。
（3）基于滑石粉的粒径对基体材料综合性能的重要影响，今后应加强微细、超微细甚至纳米级滑石粉的开发与研究工作，以期大力推动相关新材料的发展。
（4）加强滑石作为原料或者添加剂制备新型陶瓷材料的研发工作，同时以滑石作为主体或者辅助材料研制低成本、高品质及结构功能一体化的涂层涂料也是一项值得开展的工作，可为我国丰富滑石矿产资源高效利用提供新途径。
（5）进一步探索滑石在医药中多个细分领域中的应用可行性，以充分挖掘其药用价值。
（ 6 ） 进一步研发滑石对塑料材料的改性作用，开发高性能、低成本及环境友好的滑石复合制品，以满足我国多个高端领域的需要。
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本文转载自《耐火与石灰》2023年4月第48卷第2期
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