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1、- 1 - 1 -冶金球团用膨润土试验分析师连波 葫芦岛市南票祥泰膨润土厂（125000）摘要；以南票祥泰膨润土厂钙基膨润土为原料，碳酸钠为改性剂，采用干态钠化改性研究，探讨了碳酸钠的用量，原料水份，陈化时间，陈化温度等因素对钠化效果的影响，确定了该矿区膨润土干式钠化改性的生产工艺条件。钠化改性后膨润土物化性能有较大提高，能够满足冶金球团用膨润土的做粘结剂的要求。关键词；膨润土 干式钠化改性 改性条件 生产工艺 参考使用 膨润土在近三十年中,作为冶金球团用黏结剂,取代消石灰得到了广泛的应用.由普通钙基膨润土到人工钠化膨润土,又到用膨润土做基料添加化工原料生产复合膨润土,膨润土的各类加工产品在冶
2、金球团企业得到了广泛的应用.作为冶金球团生产企业中的中小企业,他们的生产量占据着总生产量的半壁江山,但由于这些企业受生产设备及各方面条件的制约,一般不具备使用高黏度复合膨润土的条件,而这些企业一般要求膨润土的蒙脱石含量大于 65%,胶质价 200ml/15g 左右即可,而生产这种品位的膨润土产品,采用湿态钠化生产,其生产成本较高,产出的产品在市场上没有竞争力,企业几乎无法生产.大多数企业采用钠化土与钙基土按一定比例混料生产方法,生产工序较繁琐.所以本试验就这种情况下,寻求一种生产适用的干式加碱生产方法,以供膨润土加工企业参考,这种膨润土产品既能满足球团企业的需求,又能使膨润土加工企业有利可赚.
3、1.试验原理:膨润土是以蒙脱石为主要成分的铝硅酸岩黏土矿物.蒙脱石是由硅氧四面体和铝氧八面体按 2:1 型比例交替层叠的晶体颗粒 ,其中八面体中的铝离子和硅氧四面体中的硅离子可部分被其他阳离子同质取代,导致蒙脱石矿物晶面带负电荷,此负电荷通常由层间吸附的可交换阳离子来平衡.层间吸附的可交换阳离子不同,蒙脱石的水化性能也不同.一般具有一价的交换阳离子比二价或三价的水化性能好.自然界中多数膨润土层间吸附的阳离子由于受形成条件原因等影响多为钙基膨润土,胶质价维持在 4065ml/15g 左右.如果将此钙基膨润土中的钙离子部分置换成钠离子,改性成钠基膨润土,使其物化性能改善,胶质价提高到200ml/1
4、5g 左右,通过干式加碱生产是可以做到的.化学反应式:Ca-MMT+2Na(离子)=2Na-MMT+Ca(离子)2.工艺流程及试验评价指标2.1 工艺流程:膨润土原矿人工选料 齿辊机初碎加改性剂搅拌密封陈化加工产品.2.2 试验评价指标:对膨润土而言 ,胶质价的变化可直接反应膨润土的钠化效果,且胶质价的测试方法操作简便.球团用膨润土的胶质价也是一个较有代表性的理化指标,因而本试验采- 2 - 2 -用胶质价的变化来寻求天然钙基膨润土干式钠化改性的适当条件.3 试验条件与方法.3.1 试验条件:膨润土原料取自本企业矿山 (葫芦岛市南票祥泰膨润土厂),具体组份与理化性能见表 1 表 2. 加工设备
5、为本厂 4R3216-1 型雷蒙机,初碎设备为本厂对辊异步齿碎机,搅拌机为双轴等速叶片式搅拌机; 胶质价的测定方法；取 15 克膨润土样，放入已加适量蒸留水的 1000ml 量筒中，混均后加入 1 克轻质 mgo,加蒸馏水至刻度摇均，放置沉降 24 小时，试料凝聚形成的凝胶体积为该试样的胶质价。 表 1 表 2名称 吸蓝量 胶质价 膨润值 膨胀倍 膨胀容 湿压强度指标 31.5g/100g 47.5ml/15g 8ml/3g 6.5ml/2g 6ml/1g 105KPa3 .2 试验方法；通过不同条件下的原料水分含量，改性剂用量，陈化时间，陈化温度，加工粒度进行试验，找出生产冶金球团用改性膨润
6、土的最佳条件。3.2.1 原料中水份含量对产品胶质价的影响：加碱量选为 1.5%。原料陈化时间为 7 天。陈化时平均温度为 15 度左右。产品粒度为 200 目 95%通过率。实验数据见表 3.由表 3 可知随原料水份含量的增加，其产品胶质价也相应提高。当表 3原料水份 10% 12% 14% 16%胶质价;ml/15g 70 145 225 265水份含量在 14%时，其产品的胶质价已满足产品理化指标的要求。而原料水份再高时，产品指标虽然相应有所提高，但产品加工的能秏成倍增长。所以选择原料水份在 14%左右为原料加工的最佳水份含量。3.2.2；改性剂的用量对产品胶质价的影响；原料水份为 14
7、%，原料陈化时间为 7 天，陈化时平均气温为 15 度左右，产品粒度为 200 目 95%通过率，实验数据见表 4，由表 4 可知：随着改性剂用量增加，当改性剂用量为 1.5%时，表；4改性剂用量 0.5% 1.0% 1.5% 2.0%胶质价 95ml/15g 155ml/15g 220ml/15g 3 05ml/15g品就已达到或大于 200 毫升/15 克的要求指标，所以选择最佳的改性剂用量为 1.5%。3.2.3；陈化时间对产品胶质价的影响；加碱量为 1.5%。原料水份为 14%，陈化温度为15 度左右，产品粒度为 200 目 95%通过率。实验数据见表 5，由表 5 可知；陈化时间短产
8、品胶质价达不到应用指标，当陈化时间在一星期时，产品分子式 SiO2 Al2O3 Fe2O3 Feo CaO MgO K2O NaO MnO P2O5 TiO2 LOS组份% 59.06 12.58 5.93 0.27 3.71 4.27 1.97 0.82 0.08 0.17 0.50 10.64- 3 - 3 -表 5陈化时间 0 天 3.5 天 7 天 15 天胶质价 125ml/15g 175ml/15g 215ml/15g 235ml/15g胶质价达到 215 毫升/15 克，达到并超过了应用指标，如加长陈化时间，胶质价还会呈上升态势，但其增长幅度较小，如果继续陈化，将大大降低了企业有
9、效场地的利用率。所以本试验选择 7 天为本产品改性的陈化时间。3.2.4；陈化时温度对产品胶质价的影响；加碱量为 1.5%，原料水份为 14%左右，陈化时间为 7 天，产品粒度为 200 目 95%通过率。负 15 度时选择冬季，0 度时选择春季，15度时选在夏季，25 度时也选在夏季（选择 7 天的平均温度在规定的范围值为产品原料的陈化温度）。实验数据见表 6.由表 6 可知；表；6陈化温度 15 0 15 25 胶质价 135ml/15g 165ml/15g 215ml/15g 238ml/15g当陈化温度较低时，同样的条件，其反应的效果是不佳，当环境温度达到 15 度时，条件一样其作用效
10、果显著提高，达到产品应用指标，所以选定其产品原料陈化温度在 15 度时，即可生产此产品。3.2.5；加工粒度对产品胶质价的影响：在选定上述四种生产条件下，加工产品粒度200 目与 325 目分别为 95%通过率时，胶质价没有明显变化。这说明粒度对产品胶质价影响不大，生产时可以不预考虑。4. 实验结果：通过上述加工条件的试验，真对本厂膨润土原料加工适宜的条件具体见表 7.这种生产方法即节能又对水资源无污染。表 7料块粒径 改性剂用量 原料水分 陈化温度 陈化时间 生产季节0.5cm 1.5% 14%1 15 7 天 春.夏.秋在这种生产条件下本厂生产的冶金球团用膨润土产品达到 GB/T20973
11、-2007 冶金球团用膨润土一级品标准。完全适合中小冶金球团企业使用。 5.结论：膨润土原矿经过齿碎机粗粹，去除原矿中的杂质，料块最大直径控制在 0.5 厘米内。料块粒径越小与改性剂的接触面积越大，越有利于膨润土改性趋于彻底。原料水份的掌握此生产环节中是一个很重要的因素，应控制在 14%左右。水份低，改性剂中的钠离子在陈化加工过程中缺少必要的反应条件，不能与膨润土中的离子进行有效的置换，起不到应有的效果；而水份过高时，有利于陈化加工过程中的离子交换，但此时产品加工产量会急剧下降，生产成本快速上升，不利于企业加工生产。原料的改性剂用量，也是一个很重要的生产环节，一般用量为膨润土总量的 1.5%，
12、用量少，没有足够的离子可进行交换，达不到改性的应有效果，产品指标不达标。改性剂用量多时，由于受原料水份制约，陈化及加工时，虽有多余的阳离子，不能有效的利用，造成浪费，成本增加。同时在球团冶炼时，由于膨润土中存在过多的钠离子，会造成成球球团内晶格崎变，容易引起球团异常膨胀，同时还会降低球团的爆裂温度。陈化温度以达到平均气温 15 度时即可，当然温度越高越好。当外界温度低于此值时，其钠化效果就达不到应有的指标，产出产品不合格。陈化- 4 - 4 -时间以 7 天最为理想，陈化时先将改性剂与原料混均，用塑料布封好，这样即能起到防雨，又有提高料堆温度的作用，同时还能防止原料中水份蒸发。而当外界温度大于
13、 25 度时，可适当缩短陈化时间。加工粒度按需方要求而定即可。6.建议：大多数膨润土企业都为秋季或冬季储料，经自然风化，第二年春季随气温升高，空气湿度变小，进行晾料。企业可根据产品指标要求，在储料时，就对原料进行粗碎，并按一定比例将改性剂与原矿混均堆放，陈化较长的时间，等晾料时，产出的干料同样能够达到要求的理化指标。因其新进原矿水份一般都在 25-33%左右。水份含量高，离子交换条件好，加之较长时间陈化，所以钠化效果较好。所以在此时获得同等产品理化指标条件下，改性剂的用量相对最少，更有利于降低生产成本。由于我国膨润土资源十分丰富，储量大，产地广，成因条件不同，所以其不同产地的膨润土物化性能有很大差别，即是同一矿区不同层位的膨润土性能也不同，是否适合于干式改性，必须对其物化性能和加工性能进行选择。所以此冶金球团用膨润土，干式试验生产方法仅供生产企业参考。参考文献；1.王鸿喜；膨润土。北京。地质出版社。1980.2.张颖心等；低品位膨润土的直接钠化改性新方法研究，非金属矿，1999，22（1)8-9.3,赵兵；钠基膨润土制备。分子科学学报。2002.18（1）60-62.4,王银来；铸造用优质膨润土生产工艺研究。铸造工业。2006.(2)28-30.6.董高翔，金永铎；非金属矿石物化性能测试和成分分析方法手册。北京。科学出版社。2004.
