麦饭石研究论文

麦饭石研究论文

台灣麥飯石特性與改善水質之應用研究

賴錦文1 楊文昌2 陸益昌2胡琇斐2許欣鄉2

1大漢技術學院資源工程系副教授 2大漢技術學院資源工程系專題生

摘要

台灣特產岩石「麥飯石」，是蝕變斑狀安山岩的俗稱，生成於東部海岸山脈的都巒山層中。目前市面上主要應用於調整水質、冰箱除臭或用於魚缸的淨水之用。由於麥飯石具有離子交換能力，能吸附水中所含的重金屬、雜質，同時釋放出豐富的礦物質，如鐵、鈣、鋅、鉀、矽、鋁等，並能調和水中的酸鹼值，確保水質的甘醇，是很好的水質改善材料。

本研究採集東部海岸山脈東河附近的麥飯石樣品，以SEM、EDS與XRD檢測，發現麥飯石主要組成礦物為中長石、角閃石、石英及少量的輝石與蒙脫石。含有蒙脫石的樣品，通常伴隨表面絨毛狀的圓球形石英、捲曲葉片狀的皂石，以及充滿孔隙的白色長石礦物，可將水中pH值調整0.1-0.35，並釋放出離子增加導電度約44~70μs/cm。添加麥飯石用來軟化自來水質，可去除消毒水味，增加口感度並有效改善飲用水品質。在吸附污濁水懸浮微粒的應用上，麥飯石展現的快速吸附能力，比活性碳與煆燒900℃後的膨土礦好，證實麥飯石是良好的水質改善材料。

關鍵詞：離子交換、吸附、蒙脫石

壹、 前言

麥飯石是明朝醫聖李時珍編撰的「本草綱目」中明列的一種中藥材，具有醫藥的功能，「性甘、溫，無毒，能治療濕疹或疽腫等」。據文獻的記載其來源從火山或地下噴出地面之岩漿，慢慢冷卻凝固形成的一種火成熔岩，在岩石學歸類為斑狀安山岩，因為古代礦物岩石學並不明確指出為何種岩石，只憑外觀敘述無法確知麥飯石是何種岩石或礦物。據「本草綱目」的記載麥飯石膏仍用於治療癰疽，這就是麥飯石強吸附力之證明。而一般具有吸附功能的天然岩石礦物很多，只是吸附強弱有別，而風化後的斑狀安山岩具有多孔性質，進而使得麥飯石表面積增加，因而增加麥飯石的吸附能力。

台灣擁有豐富的麥飯石資源，主要分佈在東部海岸山脈的都巒山層中。根據高乃智的研究(1)，海岸山脈的地層，可分為兩大部份，一是弧陸碰撞前由火山噴發作用

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所產生的火山岩，及其所衍生的火山碎屑岩和石灰岩，包括以安山岩流為主的奇美火成雜岩，和以火山碎屑為主的都巒山層。另一是陸碰撞後，由大陸性沉積物所組成的沉積岩，包括礫岩、泥岩和砂岩互層。都巒山層是覆蓋在中新世奇美安山岩核心地層中的最下單位，為一個巨厚的火山岩層，直接覆蓋在火成岩體之上或與火成岩體共存。都巒山層大部份由火山集塊岩、凝灰岩、或凝灰質沉積物所組成，其成因顯然與下伏的安山岩質火山活動有關，但都巒山層也含少量玄武岩及石英安山岩。全層的厚度經估計為一千到一千五百公尺，岩性變化很大。本人(2)在2003年調查海岸山脈的麥飯石資源，初估都巒山層之麥飯石可採礦量約有13.2億公噸。調查中發現麥飯石普遍具有水質調整功能，陽離子交換容量介於2~15（meq/100g），浸入自來水中一天，可釋放鈉離子並吸附鈣離子，因而具有水質軟化效果。品質較佳之麥飯石位於台東縣樟原地區，與樟原地區出產膨潤土（蒙脫石）有相當密切之地緣關係。

（3）

張郇生（1999）指出台灣東部海岸山脈數處地方的斑狀安山岩有明顯輕度熱水換質的現象，經XRD及掃描式電子顯微鏡分析結果顯示，安山岩中長石經熱水換質

（4）

成為蒙脫石。林泗濱（2000）於台東海岸山脈產「麥飯石」之研究指其麥飯石標本實為富於角閃石之斑狀安山岩，且具有某種程度的離子交換能力，所測得的陽離子交換能力（CEC）值介於3-9(meq/100g)之間。麥飯石之陽離子交換能力導源物質為所含的膨潤石，主要是受到熱水蝕變作用、風化作用而形成次生礦物，而並非所有的麥飯石都應含有沸石礦物。林氏認為麥飯石的CEC值，主要是來自麥飯石的灰色部份，並不是從白色的斜長石斑晶所獲得的，使它們具有離子交換能力之物質則是麥飯石內所含的膨潤石（smectite）；此膨潤石乃主要是麥飯石內所含的角閃石受到熱水蝕變作用及/或風化作用所形成的次生礦物。此種膨潤石，依其化學成分、結晶構造型式、電子顯微鏡下之現象以及其地質產狀，推定應為一種鎂多於鐵之皂石（saponite）。

根據本人(5)2004年研究台東東河地區的麥飯石性質，麥飯石的吸水率達到1.98-3.72 %，孔隙率達到5.16-8.55 %。由於麥飯石的吸水率與孔隙率高，因此適合作為天然吸附材料。麥飯石主要組成礦物為中長石（白色礦物）、石英（白色礦物）、角閃石（黑色礦物）、斜長石（基質礦物）、少部份的輝石與蒙脫石。蒙脫石為粘土礦物，具有良好的吸附性與離子交換能力。由於麥飯石中具有蒙脫石，因此麥飯石擁有天然的吸附性質與離子交換特性。自來水的導電度為215(μs/cm)，在加入麥飯石後其導電度會降低，這是因為所吸附的離子濃度比溶解出的離子濃度高些，因此呈現導電度降低的現象。自來水中加入內含蒙脫石的麥飯石後，水中餘氯的濃度會降低，在經過30分鐘至60分鐘後水中餘氯降到0.00（mg/L）（見圖1與表1、表2、表3）。

本研究之目的，是以SEM（掃描式電子顯微鏡）與EDS（能量元素分析儀）進一步探討麥飯石的吸附特性，並參考表四中採用不同吸附材來降低污水濃度的方式，改以自然沉降法，來比較麥飯石與其他吸附材料降低污水濁度之吸附能力。藉由所測得的麥飯石改善水質的特性，來做為推廣麥飯石在日常生活上應用的依據。

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圖1 台11線東河晶瑩礦場樣品G之X光繞射圖（資料來源（5））

表1麥飯石樣品E、G、M浸泡去離子水一天溶出陰陽離子濃度值（資料來源（5）） 樣品， 溶出ppm

E G M

F－

Cl－ NO2－ NO3－43－42－Na＋ NH4＋K＋ Ca2＋ Mg2＋0.00 1.67 0.00 6.46 0.00 3.38 0.00 3.11 1.34 0.97 0.00 1.03 0.00 4.50 0.00 1.76 0.00 0.88 0.04 0.14 0.00 3.99 0.00 4.08 0.00 5.53 8.12 0.00 0.29 1.67 2.23

表2麥飯石樣品E、G、M水中餘氯變化（單位為mg/L）（資料來源（5）） 時間 0分鐘 30分鐘 60分鐘 90分鐘 120分鐘

空白水 0.31 0.30 0.26 0.26 0.24

樣品E 0.31 0.06 0.00 0.00 0.00

樣品G 0.31 0.21 0.05 0.00 0.00

樣品M 0.31 0.22 0.04 0.00 0.00

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表3麥飯石樣品E、G、M之酸鹼度變化與導電度變化（資料來源（5）） 浸水 時間 小時 1 2 3 4 5 6 7 8 12 98 122 146 170 194 218 242 266 314 362 410 482 554 626

導電度導電度導電度導電度

pH值 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12

pH值 8.06 8.00 8.09 8.09 8.11 8.11 8.18 8.16 8.08 7.98 8.06 7.92 8.06 7.93 7.92 7.94 7.97 7.93 7.94 7.96 7.93 7.93 7.93

pH值 8.07 8.06 8.11 8.15

8.12 8.09 8.17 8.18 8.08 8.06 8.11 8.13 8.17 8.16 8.14 8.10 8.15 8.13 8.23 8.14 8.13 8.15 8.14

pH值 (μs/cm) (μs/cm) (μs/cm) (μs/cm) 8.12 8.04 8.13 8.13 8.12 8.14 8.25 8.22 8.13 8.05 8.09 8.15 8.13 8.14 8.12 8.09 8.12 8.15 8.24 8.20 8.16 8.14 8.13

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