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膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的黏土矿物,常含有石英、长石、伊利石、沸石、高岭石、方解石等。
目前,我国膨润土资源丰富,但深加工技术水平和生产规模与发达国家相比差距很大,特别是产品质量差、品种单一,缺乏竞争力,使这一优势资源未能得到有效的利用。因此,加强膨润土深加工技术研究,特别是加强其提纯、活化和改性等方面精细加工技术研究,稳定和提高产品质量,是实现我国膨润土资源合理、有效利用的重要发展方向。
膨润土具有优异的工艺技术性能和可控改造性,在产品开发中主要深度加工技术包括选矿提纯、改型(人工钠化、锂化)、活化(活性白土制备)、改性(有机膨润土制备)、无机矿物凝聚制备、柱撑蒙脱石制备等。
1、膨润土选矿提纯
我国80%以上的天然膨润土原矿为钙基膨润土,并且蒙脱石质量分数介于30%-60%,属于中低品位膨润土矿。除蒙脱石之外,还有含量不等的石英、长石、云母等脉石矿物,达不到现代工业生产的纯度要求,因此必须要进行选矿提纯。
目前,膨润土的提纯方法主要有风选法、自然沉降法、离心法、水力分级法、絮凝法、重液法、磷酸盐法、电泳法、超声波振荡法、化学提纯法等,其中以水为介质的湿法提纯,是膨润土工业采用最广泛的方法。面对诸多的膨润土提纯工艺,选择合理的方法进行不同品级蒙脱石产品的提取显得尤为重要。
2、钙基膨润土制备钠基膨润土
钠基膨润土的工艺性能明显优于钙基膨润土,然而在膨润土矿床中,钙基膨润土占主导地位,因而膨润土的钠化改型,是膨润土的主要加工技术之一。
膨润土钠化改型是用Na+将蒙脱石晶层中可置业换的阳离子Ca2+或Mg2+置换出来,将钙基膨润土转换成钠基膨润土。一般方法是在钙基膨润土中加入钠盐(通常是Na2CO3),使其发生离子变换反应。
膨润土人工挤压钠化原则流程
钠化改型主要有悬浮液法(湿法)、堆场钠化法(陈化法)、挤压法等。钠基膨润土的制备流程较为简单,所以在选择设备时,主要考虑设备的批处理能力和能耗。粉碎机需满足膨润土初选、破碎以及最后产品的粉碎;混合机主要实施钠化过程。
3、钙基膨润土制备锂基膨润土
锂基膨润土在水中、低级醇及低级酮中有优良的膨胀性、增稠性和悬浮性,因而被广泛用于建筑涂料,乳胶漆,铸造涂料等产品中取代各种有机纤维素悬浮剂,人工锂化是制备锂基膨润土的主要方法之。
人工锂化是用锂离子置换蒙脱石层间可交换Ca2+或Mg2+等阳离子,将钙基膨润土改型为锂基膨润土,一般用Li2CO3进行改型。
膨润土人工锂化原则流程
锂盐的加入量直接关系到改型效果,根据膨润土原料的阳离子交换容量确定锂盐的加入量,一般不超过5%。在一定范围内,随锂盐加入量的增加制得的改性膨润土的膨胀值增大;但锂盐加入量超过一定值后,膨胀值不再增加。
4、活性白土制备(活化)
钠基膨润土许多物化性能优于钙、镁基,但其比表面积及吸附能力仍不如酸活化产品。因此,国内外许多厂家依然生产酸活化产品(活性白土)。
活性白土是以粘土(主要是膨润土)为原料,经无机酸化或盐处理而得,是一种具有微孔结构、比表面积很大的多孔型白色-灰白色粉末,具有强的吸附性。
膨润土湿法制备活性白土工艺
目前,国内外生产活性白土的工艺有3种:湿法、干法、半湿(或半干)法。湿法是将水、酸和膨润土按—定的比例在反应罐中混合,在100℃左右加热2-6h,反应产物经洗涤、烘干、粉碎得活性白土,该方法生产的活性白土的脱色力和活性度等指标均较高,质量稳定,是国内最常见的生产工艺。
5、膨润土制备有机膨润土
有机膨润土是指用有机铵阳离子置换蒙脱石中的可交换阳离子,使其覆盖于蒙脱石的表面,堵塞了水的吸附中心,使其失去吸水的作用,变成疏水亲油的有机膨润土络合物,可广泛应用于涂料、鞋油、环保、油漆、石油钻井、塑料、化妆品、铸造、调稠剂、染色剂、高温润滑脂、纳米复合材料等行业,是近年来行业关注的重点方向之一。
有机膨润土湿法制备原则流程
目前,有机膨润土的制备工艺可分为湿法、干法、预凝胶法3种。影响有机插层膨润土性能的因素有很多,如原土样的选择、反应环境的选择、有机改性剂的选择等。表面活性剂的选择和使用在有机膨润土制备过程十分重要,可以使用单阳离子或双阳离子表现活性剂、阴阳离子表面活性剂、非离子或阳非离子表面活性剂以及其他的复合改性剂等。
6、膨润土制备无机凝胶
无机凝胶是以膨润土为主要原料,经提纯、钠化改型、磷化改性及胶化等工序生产出来的一种具有高附加值的胶体类产品,具有增稠、触变、抗电解质盐类、抗酸性能好,耐酸、碱,性能稳定等特点,因而广泛应用于日化、制药、洗涤、陶瓷、玻璃、造纸、铸造、电池等行业。
膨润土制备无机凝胶原则流程
无机凝胶制备过程主要包括膨润土原矿提纯、钠化改型、磷化改性及胶化四大工序,原矿应选用低层电荷、蒙脱石含量一般要大于95%的原矿,选矿提纯是膨润土生产无机凝胶的关键。
7、膨润土制备柱撑蒙脱石
柱撑蒙脱石是由聚合无机阳离子或有机离子(分子)插入粘土矿物中而形成的具有二维孔洞的一种矿物材料,具有比表面积大,热稳定性能好、表面酸性强以及孔径可变等特性,因此在石油化工、污水处理、抗菌材料等领域有着广阔的应用前景。
膨润土制备柱撑蒙脱石原则流程
柱撑蒙脱石的制备原理,就是离子交换原理,指由于蒙脱石层间多为范德华力、静电力和氢键力这些较弱的作用力,用制得的柱化剂中的多核离子去取代原来蒙脱石层间的水合离子,如Na+、K+、Ca2+、Mg2+等,粘土矿物层间的多核阳离子重新组建化学键,新的化学键具有更大的键能,因此形成柱撑蒙脱石具有更加优良的性质。