膨润土的加工技术及综合利用

《膨润土的加工技术及综合利用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《膨润土的加工技术及综合利用（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、膨润土的加工及综合利用1膨润土的优异性能膨润土 （英文名Bentonite）又名膨土岩、斑脱石、甘土、皂土、陶土、白 泥，俗名称观音土。是以蒙脱石为主要成份的粘土矿物，其化学成份相当稳定， 被誉为“万能石”蒙脱石是由二层共顶联接的硅氧四面体片夹一层共棱联接的 铝（镁）氧（氢氧）八面体片，构成2:1型含结晶水的硅酸盐矿物。是粘土类矿 物大家庭中晶体结构变异最强的矿物之一。蒙脱土 （Montmorillonite）是属于蒙 脱土族的矿物，蒙脱土族矿物共发现11个，他们是滑间皂土、贝得土、锂皂土、 蒙脱土、钠脱土、皂土、锌皂土、斯皂土、锂蒙脱土、铬蒙脱土和铜蒙脱土等， 但从内部结构来讲可分为蒙脱土亚

2、族（二八面体）与皂土亚族（三八面体）。蒙 脱土是典型的层状硅酸盐矿物之一，但是与其他层状硅酸盐矿物不同之点是层与 层之间空隙特别大，这样就可在层与层中含有不定数量的水分子及交换性阳离 子。通过衍射仪慢速扫描的试验结果表明蒙脱土的粒度已接近纳米级，是天然纳 米材料。在多水条件下，膨润土晶体结构非常微细，这一特殊的微细晶体结构决定 其有许多优良特性，如高分散性、悬浮性、膨润性、粘结性、吸附性、阳离子交 换性等。因此，膨润土被称为“千种用途矿物”国内外将其广泛用于冶金球团、 铸造、钻井泥浆、纺织印染、橡胶、造纸、化肥、农药、改良土壤、干燥剂、化 妆品、牙膏、水泥、陶瓷工业、纳米材料、无机化工等领域。

3、我国的膨润土资源极为丰富，遍布26个省市，储量世界第一。目前我国膨 润土发展较快，应用已达24个领域，年产量已超过30 0万吨。2我国膨润土概况中国膨润土矿以其分布广、埋藏浅、易采掘及品种齐全为特点。除钙基膨 润土外，相继发现了大型优质的钠基膨润土。钠基膨润土保有储量58633. 4万t， 占总储量的24%。此外还有钠基膨润土远景储量35158. 6万t。除钙、钠基膨润 土之外的铝、氢基等类型约占42%。据43个矿床统计，平均蒙脱石含量为63%， 明显高于规范所要求的平均工业品位（大于或等于50%）。其中四川的膨润土矿4 个矿床平均品位为88%。特大型矿床以广西宁明县宁明矿床最高，达62. 6

4、7 %， 中型以广西田东县田东矿床最高，达72. 5%。而新疆和布克赛尔蒙古自治县乌 兰林格-日月雷矿为品位最低的特大型矿床，蒙脱石含量仅为48%。大型、中型 矿床共计43个，占全部矿床数50%，而其保有储量则占绝大部分，表明矿床规模 之大。与膨润土伴生的矿产以高岭石和伊利石最为普遍，有的矿床与凹凸棒石共 生，如盱胎县雍山凹凸棒石粘土矿区。东北一些膨润土矿则与沸石共生，如黑龙 江的勃利县团山及海林县的沸石-膨润土矿床，吉林省的九台市羊草沟和银矿山 膨润土-沸石矿床等。华东一带有与残留母岩-珍珠岩伴生矿床，如江苏丹徒县垂 山和安徽省宣州市水东的珍珠岩矿床。中国膨润土矿床多位于丘陵区，埋藏较浅，

5、覆盖层厚度一般115m，适于露天开采，少数矿可用地下开采。矿石一般可选性 能良好，部分矿山曾进行干法或湿法选矿试验。中国膨润土矿床可分为三大成因类型，即火山沉积型、风化残积型及热液型。 不同膨润土成因、不同的杂质种类含量，对蒙脱石的提纯方法也有所差异。蒙脱 石的高纯化是蒙脱石产品深度开发的必然之路，是蒙脱石高附加产品高端开发的 基础。因此，由膨润土衍生的各种高档产品，首先必须去掉杂质，提高蒙脱石含 量。蒙脱石成分为(Na, Ca) 0.33 ( Al，Mg)2Si4O10(OH)2 nH20,基本结构 为由Si-O四面体层与AIO(OH)八面体层以2比1比例构成网架状结构，为双八面 体和层纹状

6、组合结构(图1)。如果让有机高分子和无机物在纳米尺度上进行复合， 得到的材料既体现了无机材料的刚性、尺寸稳定性、耐热性，又显示了聚合物韧 性、可加工性、耐化学药品性和良好的电性能。图1蒙脱石的晶体结构蒙脱石具有电负性，对胶体性质和流变性能影响很大。电负性主要来自三方 面：晶格置换连同内部的补偿置换形成的晶格静电荷，每个晶胞约为0.66;破键 产生的电负性；八面体片解离形成的电负性。蒙脱石以其层间可交换阳离子的种类、含量划分属型，当某一阳离子的含量 超过阳离子交换容量(tEC)50%时，即以该阳离子命名，例如钠基蒙脱石(ENa+/ tEC50%)、钙基蒙脱石(ECa2+/tEC50%)、铝基蒙脱

7、石(EAl3+/X EC 50%) o 当层间没有一个阳离子含量超过50%交换容量时，则以含量最多的两个阳离子命 名，如钙钠基蒙脱石、钙镁基蒙脱石等等。蒙脱石(MxnH2O)(Al2-xMgx)Si4O10(OH)2 )的晶体结构属于单斜晶系 C2/m空间群，a00.523nm, b00.906nm, C0值可变，当结构单位层之间无水时 c00.960nm，如果结构单位层之间有水分子存在，则C0值将随水分子的多少以 及层间可交换的阳离子不同而不同，Z=2,为2: 1型层状结构。在铝氧八面体层中， 大约有1/3的Al3+离子被Mg2+离子取代，为了平衡多余的负电价，结构单位层之 间有其它阳离子进

8、入，如Na+、Ca2+等离子以水化阳离子的形式进入结构，但水 化阳离子和硅氧四面体中02-离子的作用力较弱，在一定的条件下这些水化阳离 子容易被交换出来，因此，c轴可以膨胀以及阳离子交换容量大是蒙脱石的结构 特征。3膨润土的加工技术自然界的膨润土 (Bentonite)绝大部分为钙基膨润土。钙基膨润土较钠基膨 润土性能差，所以生产厂常用人工钠化的方法将钙基膨润土改型为钠基膨润土。为了应用上的方便，便将钠基膨润土区分为在人工钠基膨润土和天然钠基膨润 土。3.1膨润土的钠化技术3.1.1膨润土的钠化技术膨润土的钠化改性技术见著于文献或公开的技术大致如下：悬浮液法是在大水箱中加入10%以下的钙土和相

9、应比例（钙土质量的5%-7%） 的碳酸钠（纯碱）搅拌成浆液，进行钙钠交换。在低浓度下的钠化效果差，钠交 换率不高。堆场钠化法如意大利SAMIP-PONTINE公司是在原矿堆场中把2%-4%的碳酸钠 粉撒到含水大于30%的原矿中，翻动、拌和、混合、碾压，再堆积老化10天，然 后干燥，粉磨成产品。轮碾钠化法以原联邦德国SUD 一 CHIMIE公司为代表，将湿的原土、碳酸钠 粉和少量丹宁置于轮碾机内混合、碾压，再在空气中老化10天。双螺旋钠化为日本国峰公司的钙土改性设备。原土预经干燥，粉碎成5-l0mm 的颗粒，加入碳酸钠粉，先在约6m长的双螺旋混合机中混匀，再进入另一台长 6-8m的双螺旋混炼机中

10、，加水混炼成含水30%-40%的软泥，经切片装置切片成形 后，送入转筒干燥，粉磨成产品。上述种种钠化改性基本是处于一种低品级膨润土的改性方法，最终产品也仅 限于铸造、钻井泥浆、铁矿球团、干燥剂、污水处理、建筑工程防水材料等行业， 产品的附加值也不高。目前随着膨润土行业的快速发展，简单的低品味膨润土钠 化产品已远不能满足日益增长的需求。3.1.2人工钠基膨润土和天然钠基膨润土的区别钠基膨润土是根据蒙脱石层间可交换阳离子种类、含量来划分的，碱性系数 大于或等于1的为钠基膨润土，小于1的为钙基膨润土。钠基膨润土也是相对而言 的。广义上讲，人工钠基膨润土和天然钠基膨润土是有区别的。这方面的数据很 多：

11、如由差热分析实验证明天然钠基膨润土的失效温度为638T，钙基膨润土为 316T。人工钠基膨润土由于钠化条件不一，失效温度不一，但都低于天然钠基 膨润土；天然钠基膨润土的膨胀力比人工钠基膨润土大；天然钠基膨润土比人工 钠基膨润土c轴有序度高，晶粒较细，分散性强。3.1.4人工钠基膨润土可满足更多应用要求人工钠基膨润土可满足更多应用要求，天然钠基膨润土有局限性。人工钠化干法和湿法技术都有发展。干法钠化技术现已增加微波法可干法提 纯，技术先进。湿法钠化技术早已和提纯工艺相结合，是强化膨润土的工艺性能 最重要的手段。膨润土的工业应用主要取决于蒙脱石的工艺性能，而蒙脱石的各 种工艺性能又取决于其晶体结构

12、、构造、化学组成、晶体化学性质等。与蒙脱石 伴生的各种非目的矿物，劣化了矿石的工艺性能。提纯提高矿石中蒙脱石的质量 分数，充分除去伴生的各种矿物，如石英、玻屑、沸石、方解石、长石、黄铁矿 等，强化膨润土某些所需要的工艺性能。人工钠化、人工提纯的钠基膨润土可满足纳米有机膨润土、功能性膨润土、 蒙脱石干燥剂等更多领域应用要求。3.2膨润土的提纯技术由于天然膨润土一般品位低，如用于高档商品必须提纯。提纯后的膨润土按 纯度可分为通用型提纯膨润土（蒙脱石含量80%左右）、高纯度提纯膨润土（蒙脱 石含量90%左右）、蒙脱石（蒙脱石含量大于96%）。制备纳米级蒙脱土的膨润土， 应是蒙脱石含量95%。纳米级有

13、机膨润土蒙脱土，要求膨润土蒙脱石纯度在98% 以上。高纯度提纯膨润土是纳米级膨润土的前提。蒙脱石是由厚度为9.6A（10A=1nm ）的单元结构层叠置而成的层状铝（镁）硅酸盐矿物，运用高技术， 经深加工能使其分离成单元层，即为纳米级蒙脱石，其C轴厚度为纳米量级，而 其a、b轴的延展宽度可达200-2000nm。由于其具一维纳米薄层结构和易分散、 能吸附阳离子等特性，通过与高分子聚合物的结合，能形成高强度、高阻隔性和 高韧性的复合材料。3.2 .1提纯技术研制膨润土高档产品首先必须去掉杂质，提高蒙脱石含量，蒙脱石纯度通常 是研制高档产品的关键，提纯方法难易程度直接关系到生产工艺流程和生产的可 行

14、性。目前,膨润土选矿加工方法有干法、湿法两种。干法分选适用于原矿品位高，生产能力大的矿山。湿法选矿加工方法主要用于低品位原矿的选别和提纯。湿法选矿加工主要工艺过程为：破碎钠化改型制浆沉降分离脱水干燥。目前能被认可的提纯方法是能够在保持蒙脱石结构不破坏的前提下来去除 杂质矿物，一般为物理提纯法、物理化学提纯法，这样提纯得到的产品不仅蒙脱 石纯度得到提高、颜色趋于纯正，而且结构式、层电荷密度也不会失真。被去除 的杂质矿物一般是伊利石、长石、沸石、方解石、石英、方英石以及胶态二氧化 硅、三氧化二铝等。这些杂质矿物如能再经提纯得到综合利用，其经济效益和社 会效益将是极大的。3.2. 2提纯可提高膨润土

15、的湿压强度和热湿拉强度膨润土和水砂等的掺合物的粘结性和可塑性一般以湿压强度（湿态抗压 强度）、热湿拉强度表示。湿压强度是评价膨润土的湿态粘结能力。湿压强度、 热湿拉强度是铸造工业评价膨润土质量好坏的重要指标之一，蒙脱石含量越高， 膨润土的湿态粘结力也越大，湿压强度、热湿拉强度高；同一蒙脱石含量的膨 润土膨润值越高，膨润土的湿态粘结力也越大。提高膨润土的湿压强度和热湿拉 强度就要从提高蒙脱石含量和膨润土膨润值二方面下手。提高蒙脱石含量可通过 提纯来完成。原矿土经过提纯，除去杂质可提高提高蒙脱石含量。提纯的方法有 湿法和干法。同一蒙脱石含量的膨润土提高湿压强度和热湿拉强度就要改善其膨润值，一 般在

16、胶质价大于100 mL/15 g,用膨胀容、膨胀倍来表示不明显时就用膨润值来 表示其水化性质。膨润值不是一个确定的的指标，由于测试质量不同、介质不同 和操作方法不同而不同，应看具体的数据的单位来判断。测试质量不同，膨润值 就有1克法（ml/g）、2克法（ml/2g）、3克法（ml/3g）、5克法（ml/5g）。介质不 同就有蒸馏水法、氯化铵法。操作方法不同膨润值就有摇匀法、自然膨胀法（2h 内分100次加入）。目前铸造用膨润土的膨润值测试一般是：氯化铵法是3克法 （ml/3g）,蒸馏水法是2克法（ml/2g）。膨润土的膨润值就是表明其有效钠化的 程度，天然钠基膨润土和人工钠基膨润土的膨润值都比钙基膨润土好。膨润土的 粘结能力只有在加水以后才能表现出来，失去粘结能力，也与它的脱水有关。膨 润土中的水分有三种形态：自由水、牢固结合水、晶格水。膨润土经加热脱去自 由水、牢