二十一世紀非金屬礦物環(huán)保材料的發(fā)展前景及建議

目前，我國正處于社會經濟、現(xiàn)代化工業(yè)高速發(fā)展階段，也面臨著許多西方發(fā)達國家曾遇到的環(huán)境污染問題，諸如生態(tài)環(huán)境嚴重透支、水土流失、土地荒漠化、“三廢污染”造成生物多樣性銳減等，嚴重制約了我國經濟建設的可持續(xù)發(fā)展。正是在這日益嚴峻的形勢下，從政府到企業(yè)，從科研到生產，全社會都高度重視環(huán)境保護的問題，使得我國的環(huán)保研究及產業(yè)獲得較快的發(fā)展。隨著技術進步，產生了環(huán)境材料、環(huán)境礦物材料和環(huán)境礦物學等新概念、新材料和新學說。 眾所周知，大自然具有天然自凈化功能，使得人和地球能相互依存。過去在認識、研究、開發(fā)和利用天然自凈化作用時，重點放在有機生物對各類污染物的凈化功能上，忽略了對天然礦物凈化功能的研究，環(huán)境礦物學和環(huán)境礦物材料的產生彌補了這方面的不足。環(huán)境礦物材料是環(huán)境礦物學的重要內容之一，而非金屬礦物是地球礦物組成中的重要組成部分，所占比例遠遠超過金屬類礦物，如何充分利用非金屬礦的環(huán)境屬性，正成為環(huán)境礦物學和環(huán)境科學的重點研究方面和學科生長點。

1 非金屬礦在環(huán)保領域的應用

目前，自然界已發(fā)現(xiàn)的非金屬礦種類達1500 多種，已被開發(fā)的僅200 多種，應用于環(huán)保領域的有近50 種。其中有天然非金屬礦產品，也有非金屬礦深加工產品和制品。部分具有獨特物化性能的非金屬礦物材料治理水體、大氣及固體污染物的應用開發(fā)已完成；在治理應用方面也取得了一些突破。例如：①利用硅灰石、長石、透輝石、霞石、正長巖、玄武巖等，生產節(jié)能型生態(tài)建材；②利用具有體輕、導熱系數小、耐高溫、吸音等特點的沸石、硅藻土、膨脹珍珠巖、蛭石、浮石、海泡石等非金屬礦，生產安全健康型生態(tài)建材；③利用具有吸附和藥用功能的沸石、硅藻土、滑石、石膏、方解石、高嶺土、蛇紋石、麥飯石等，生產保健型生態(tài)建材；④利用具有孔狀結構的坡縷石和海泡石，來處理有機廢水；⑤利用具有片狀結構、良好的高分子交換性和強吸附性的蛭石，作土壤改良劑和金屬廢水的處理介質；⑥利用比表面積大、離子交換性高及吸附性能優(yōu)良的蒙脫石、凹凸棒土、沸石等，來處理生活廢水、工業(yè)廢水，去除廢水中的重金屬離子(如Ni2+、Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cr2+、Al2+等)、有機污染物及磷酸根離子等。特別要指導出的是：水體中的重金屬污染是困擾人類社會多年的公害，水體中的重金屬離子可進入水生物體內，再通過食物鏈進入人體。大部分重金屬離子是致癌、致畸的有毒物質。重金屬廢水的傳統(tǒng)處理方法，有離子交換法、電解法、結合法等。研究表明，用吸附法在去除效率和成本上是最好的，此法具有材料來源廣、價廉、節(jié)能、吸附效率高的特點。要求采用比表面積大的、內微孔豐富的非金屬礦，吸附后的脫附效果優(yōu)良，且能夠二次使用；⑦利用比表面積大、吸附性強的膨潤土、海泡石、坡縷石、高嶺土等作為吸附過濾材料，處理臭氣、毒氣(如NH3、SO2、H2S 等)之類的有害氣體；⑧利用經表面改性的粘土礦物處理固體垃圾，并可防止二次污染；⑨利用膨脹石墨治理大氣污染和海洋油類污染。在處理油輪近海原油泄漏時，膨脹石墨清除海面油污的試用效果很好，優(yōu)于傳統(tǒng)的活性炭、棉花吸附和氧化清除等方法。膨脹石墨對重油、蠟油、潤滑油、柴油和汽油的吸附容量，分別是活性炭的20、15、24、16和12 倍。另外，天然沸石、海泡石、蒙脫石、坡縷石等，在國防工業(yè)、核工業(yè)、航天工業(yè)中防毒、防輻射等方面也有很好的應用。 與其它環(huán)保材料相比，非金屬礦在環(huán)保領域中的應用具有以下幾個特點：①應用范圍廣，除了“三廢”處理外，還適用于高科技發(fā)展產生的新污染，如光輻射、各種射線輻射、微波、電磁場、低頻噪音等；②非金屬礦是自然界天然無機礦產，具有與天然環(huán)境的共生性和協(xié)調性，既能治理污染，又能恢復環(huán)境、回歸自然；③絕大部分非金屬礦在環(huán)保中的應用都能循環(huán)利用，不產生二次污染，治污成本低；④非金屬礦具有天然自凈化功能，在一般性環(huán)保技術不能解決的非點源區(qū)域性污染問題方面能發(fā)揮獨特的作用，即非金屬礦環(huán)境屬性的地質技術特性，這是物理化學、生物治污方法所不能比擬的。

2 新世紀非金屬礦環(huán)保材料的發(fā)展前景及建議

面對日益嚴重的環(huán)境問題，“十六大”把實施可持續(xù)發(fā)展策略，實現(xiàn)經濟發(fā)展和人口、資源、環(huán)境協(xié)調作為黨必須堅持的基本經驗，強調最大限度地發(fā)揮資源的經濟效益、社會效益和環(huán)境效益。近5 年來，我國用于環(huán)境保護的總投資已超過4900 億元。這既說明我國政府對環(huán)境保護的重視，又表明了環(huán)保市場的巨大。 相對于非金屬礦在其它領域的應用而言，環(huán)保應用還是一個新領域，可以說非金屬礦環(huán)保材料的開發(fā)利用是非金屬礦工業(yè)發(fā)展的新方向和新經濟增長點之一。國家科技部制訂的2001～2010 年10 年可持續(xù)發(fā)展綱要中，就提出了“開發(fā)非金屬礦高效利用技術”。環(huán)境礦物學和環(huán)境礦物材料，已成為環(huán)保科技領域發(fā)展最快的一部分。 面對新形勢、新挑戰(zhàn)和新發(fā)展機會，非金屬礦工業(yè)在環(huán)保領域的應用開發(fā)，建議做好以下幾項工作：①要強化對非金屬礦環(huán)境礦物學和非金屬礦環(huán)保材料學的深刻認識，對已開發(fā)利用的非金屬礦物的環(huán)保屬性作進一步研究，發(fā)展非金屬礦用于環(huán)境污染治理與環(huán)境修復的新技術，以指導非金屬礦環(huán)保材料的開發(fā)與應用；②非金屬礦品種很多，但成熟地應用于環(huán)保的還不多，應不斷地開發(fā)新礦種和新的非金屬礦環(huán)保產品，如屏蔽紫外線、抗幅射功能的絹云母；有吸收X—射線功能的天青石；屏蔽和反射核幅射的石墨；吸收放射線、凈化空氣的伊利石等。應集中力量在部分礦種、重點領域尋求突破，應有所規(guī)劃，明確重點和方向，以國家經貿委確定的“十五”重點非金屬礦發(fā)技術之一：“非金屬礦粘土礦物用于環(huán)保領域的產品生產技術與裝備”為實施目標。我院及“中心”五年前就開始著手研究非金屬礦在環(huán)保領域的應用技術開發(fā)，2002 年，承擔的國家“863”計劃課題“固沙植被用新材料與低成本制備技術”正在開發(fā)中。另外，我院利用改性粘土處理印染污水、工業(yè)廢水、固體廢棄物等項目，也獲得了國家科技部的重視和支持，現(xiàn)已籌備建立環(huán)境礦物材料實驗室，有些已得到產業(yè)化的應用；③非金屬礦與其它行業(yè)聯(lián)合，共同研究開發(fā)非金屬礦在環(huán)保領域的應用，學科互相交叉，多個領域互動，共同推動非金屬礦環(huán)保材料的發(fā)展，既要重視基礎理論的研究，也要重視實際應用的技術開發(fā)以及實際生產應用。非金屬礦既能治理環(huán)境污染，又具有恢復、建造環(huán)境的功能。所以，我們不僅著重研究非金屬礦的資源屬性，還應加強其環(huán)保屬性的研究，從兩方面著手，既治標又治本，使得社會發(fā)展能適應環(huán)境而非改造環(huán)境；④各大學、科研院所對非金屬礦物材料應用于環(huán)保研究都做了大量的工作，建議中非協(xié)會召開一次非礦環(huán)保材料會議；盡快組建非金屬礦物環(huán)境材料專委會，促進已有科研院所和生產、應用企業(yè)的交流，以及與其他相關應用行業(yè)、國家環(huán)保管理部門的溝通，爭取將其列為國家鼓勵與扶持的產業(yè)并獲得政策支持。

3 結語

應該充分認識到，非金屬礦環(huán)保材料在治理污染、環(huán)境恢復領域具有十分獨特的作用，并在治理污染的規(guī)模、成本、工藝、設備、操作、效果及防止二次污染等方面具有明顯的優(yōu)勢。 面對日益惡化的生態(tài)環(huán)境和生機勃勃的環(huán)保工業(yè)，對非金屬礦環(huán)保材料的研究和開發(fā)而言，挑戰(zhàn)與機遇并存。隨著非金屬礦深加工技術的發(fā)展，對非金屬礦環(huán)保屬性等方面研究的不斷深入，非金屬礦在環(huán)保領域的開發(fā)應用會越來越廣泛。相信在今后十年內，非金屬礦在環(huán)保領域中的應用必將保持快速增長，預計年均增長率在15%左右；非金屬礦環(huán)保材料也將成為非金屬礦工業(yè)新的熱點。但要形成國內的非金屬礦物環(huán)保材料產業(yè)，還存在許多問題，需要大家的共同努力。