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膨润土矿物具有广泛的农业医疗生活应用前景
[来源:金戈科技公司 | 作者:原创 | 日期:2013年7月15日 | 浏览514 次] 字体:[ ]
由于膨润土矿物具有广泛的应用前景,目前世界上许多国家开展了对膨润土性能的研究,因各行各业利用膨润土的作用不一样,所以不同学科开展的研究方法也不尽相同。我国许多大学、研究机构和生产单位进行了大量的膨润土性能研究的实验工作,取得了许多成果。由于对膨润土的研究方法不同,因此同一地区膨润土矿产资源开发出来的产品在性能存在巨大的差异。为了提高我国膨润土开发应用的技术水平,我们在收集,整理和研究现有资料的基础上,对膨润土性能室内研究方法进行了总结、归纳,以便大家在今后膨润土研究工作中参考使用。 
(一)膨润土改性方法 
改性是非金属矿物深加工的主要方式之一。通过改性可以扩大非金属的应用范围,提高非金属矿物的使用价值和性能。随着现代科学技术的发展,改性方法也在不断完善和不断增多。一般认为,凡是能够改变非金属矿物的离子交换种类,改变矿物结构,提高矿物物化性能的各种物理化学方法均称为非金属矿物的改性。目前对非金属矿物改性的技术方法很多,归纳起来,主要包括如下三种方法: 
①化学改性,通过添加化学处理剂,使矿物和添加剂发生化学作用,改变或者改善矿物的物化性能,如钙质膨润土通过添加碳酸钠进行改性,生产钠质膨润土的方法,就是钠离子和钙离子进行离子交换,改变矿物双电层的结构,提高了矿物水化性能; 
②表面处理,通过添加有机处理剂,改善矿物表面化学、物理或机械性能,如增效膨润土时使用聚丙烯酰胺,利用高分子聚合物长链中不同基团的作用,形成一个一端吸附膨润土颗粒,一端溶于水的长链,而链与链之间形成桥联作用; 
③热处理,通过加热的方法,是矿物的物理或者化学性能得到改善或改变。 
膨润土钠化改性。我国90%以上膨润土矿属于钙质膨润土,在实际使用的过程中都需要进行不同程度的钠化改性工作,以便进一步提高膨润土矿的物化性能和使用价值。 
膨润土的钠化原则:钠化改性主要是利用蒙脱石片状结构具有阳离子交换的特点,把高价的钙镁等离子置换出来。调节其再蒙脱石中交换性阳离子钠与钙的比值,以及二氧化硅与三氧化二铝、三氧化二铝与氧化镁的比值。 
目前膨润土钠化改性的无机处理剂有:碳酸钠,草酸钠、焦磷酸钠、;磷酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸铵、碳酸锂、碳酸镍、氧化镁、氧化钙、碳酸镁等。但在实际应用过程中,主要使用碳酸钠或无机盐进行复配。 
膨润土的钠化反应需要在水及一定温度条件下才能进行。实现钠化反应的途径很多,但要使钠化反应充分,比较困难。这是因为钙及镁质膨润土不易溶于水且分散性较差,当加入一定量的碳酸钠进行钠化时,反应只能在膨润土颗粒的表面进行,而被钠化的表面,则是一个很好的隔水膜,包裹着颗粒内部未被钠化的膨润土颗粒。如果不能将这层膜及时剥离,就会阻止内层颗粒的进一步钠化,导致整个反应不完全。为了使膨润土的钠化完全,目前国外采用的钠化改性的方法有: 
1.悬浮液法:在钙质膨润土中加入过量的纯碱及长时间的预水化,使更多的钙、镁离子交换出来。 
2.堆场钠化:在原矿堆放中,将2%~4%的碳酸钠粉末撒在含水量大于30%的膨润土原矿中,翻动拌合,混匀碾压,再老化十天,然后将膨润土矿干燥粉碎成产品。 
3.轮碾钠化:在轮碾机内,把湿膨润土与碳酸钠及少量丹宁酸混合碾压,再老化十天,然后将膨润土矿干燥粉碎成成品。 
4.挤压钠化:在干燥的膨润土粉末中,加入饱和碳酸钠溶液,使膨润土中含水量达到20%~30%,然后在挤压机中,挤压钠化,这种钠化对低级膨润土的改性效果较明显,原因是:层状矿物在较大剪切力的作用下,晶层之间、颗粒之间产生相对运动而分离,增加了与钠离子的接触面积;挤压摩擦产生大量的热,加快了离子运动速度,扩大了离子的运动范围,钠化反应速度加快;另外在较大机械力的作用下,蒙脱石彼此联系的化学键遭到破坏,这样有利于吸附具有相反电荷的钠离子,也有助于钠化反应的进行。对绝大多数钙质膨润土,单靠采用挤压法,钠化效果不十分明显,原因是:挤压机的挤压力太小,没有起到充分剥片作用,另外钙质膨润土接受碳酸钠处理能力差。因此,在低级膨润土升级改造时,可采用两个途径:①研制新型高效钠化处理剂;②提高挤压机的挤压力,研制专用膨润土挤压设备。 
5.双螺旋钠化:在原矿干燥后,粉碎成5~10mm的颗粒,加入碳酸钠粉末,先在长约6m的双螺旋混合机中混合,再进入另一台类似的设备中加30%水,混炼成软泥状,经切片机切片,转筒干燥,粉碎成产品。 
6.阻流挤压钠化:利用带孔板阻流的三轴螺旋混炼挤压钠化机,完成钠化反应并造粒,并加入热碱液防止低温结晶,加速钠化反应。 
7.活性化钠质膨润土生产方法:这种方法为一次活化和二次活化。对碱金属质膨润土来说,需要采用加镁盐的一次活化法;对碱土金属质膨润土来说,则要采用加入镁盐后,再加入碳酸钠的二次活化法。 
(二)挤压对膨润土性能的影响 
    在钠化方法一定的情况下,挤压对膨润土钠化具有十分重要的作用。 
    挤压对膨润土电位的影响:从电位可以知道膨润土水化能力的大小。一般来说,钙质膨润土水化能力差,水化膜薄,分散性差,因而电位负值较小。钠质膨润土水化能力强,水化膜厚,电位的负值较大。不同钠化方法得出的不同电位值,挤压能提高膨润土电位,增加膨润土的分散性和水化能力。 
    挤压对膨润土的X射线、光谱、差热曲线的影响。经过挤压的膨润土,几乎变成了钠质膨润土。X射线的面距、差热曲线100~300℃钙质膨润土的双吸热峰、红外光谱显示的原子结构,都相应地变为钠质膨润土的曲线。 
    影响挤压钠化的因素有:①挤压力,我国目前没有专门用于挤压膨润土的设备,实际使用的挤压机的挤压力小于所需要的挤压力。由于挤压力不够,钙离子形成的晶格结构很难破坏,钠离子就不易进入晶格内部,出现钠化不完全的现象;②湿度,膨润土湿度以在20%~40%之间最好。湿度太大,膨润土没有受到足够的挤压作用,产生的温度效应也小;湿度太小,挤压困难,但产生的温度也较高,因此在进行膨润土挤压前应做大量的湿度分析实验和进行测试数据对比,确定合理的湿度范围;③粒度,为了钠化充分,挤压前必须将膨润土粉碎至一定的目数;④挤压次数,对不同的膨润土,挤压次数有所不同,一般挤压3~5次效果较好。 
从这三种钠化方法来看,挤压钠化视粘度量大,失水量最小,也说明了湿挤压对膨润土钠化的效果最好。 
(三)最优加碱量的确定 
膨润土钠化反应除需要一定的水介质和温度以外,还需要确定合理的加碱量。其基本原理是:膨润土溶于水时,一些亚微粒借外力形成胶体结构,每个微粒形成一个吸附双电层。当膨润土中存在大量钙、镁等阳离子时,双电层变薄,膨润土的亲水能力较差,当加入钠离子时,双电层外部钠离子浓度较吸附层高,外界钠离子就要扩散到吸附层。由于钠离子的水化能力较强,膨润土颗粒水化膜的厚度增加,在宏观上就体现为视粘度增加和滤失量降低。同时,离子交换作用是靠离子浓度差或其他方法的作用进行的。因此,人工改性添加碳酸钠必须大于或等于钙。镁等阳离子的浓度才能使膨润土钠化完全,但钠离子浓度太大时,就会压缩双电层,宏观上表现为滤失量增加、视粘度降低,膨润土悬浮体系处于凝聚和聚结的稳定状态中。如果钠离子浓度太小,许多钙、镁离子没有完全被钠离子置换出来,起不到钠化反应的效果。 
目前,用实验确定膨润土最优加碱量的方法有: 
1.最大造浆率法:也称最大视粘度法,它是利用范氏粘度计600r/min读数最大值时的加碱量,作为膨润土的最优加碱量,这种方法确定是最优加碱量一般偏大,滤失量也大。 
2.化学当量法:根据可溶性钙、镁离子和交换性钙、镁的总量,等当量加入碳酸钠。由于膨润土矿物成分复杂,计算的结果往往不能满足实际要交换的钙、镁离子的需求,计算数值一般偏小。 
3.电位和微粒分布法:利用电位仪和微粒分布测定仪进行测定。电位负值最大及亚微粒最多时的加碱量,为最优加碱量。 
4.CaO法:在对25种膨润土样品进行测定时发现,碳酸钠加量W与膨润土中CaO的含量有一定的关系,并提出了如下计算公式: 
W=K1×2.1×CaO的含量 
K1=1.1~1.2 
(四)无机盐对膨润土性能的影响 
    无机盐对膨润土性能具有重大影响。在膨润土不同的应用领域经常使用不同的无机盐来处理膨润土。我们主要讲分散剂、镁盐以及复合无机盐对膨润土性能的影响。 
(五)分散剂对膨润土性能的影响 
    磷酸盐类作为膨润土的分散剂,六偏磷酸钠和焦磷酸钠是最常用的分散剂。 
    不加分散剂时,由于膨润土形成的网状结构较强,一些杂质难以除去,所以表现为提取率较高,但膨润土中的杂质较多,因此加入一定的分散剂对膨润土提纯具有促进作用。 
(六)絮凝、凝聚及絮凝剂 
    膨润土悬浮液在机械搅拌作用下,一些很细的蒙脱石微粒,在分散剂及机械力的作用下,蒙脱石晶片被剥离。同时这些带相同 电荷的微粒做布朗运动,另外膨润土颗粒具有亲水性能,每个微粒吸附着一层厚厚的水化膜,溶液具有形成真溶液的趋势。膨润土悬浮液体系靠亚微粒、电荷作用以及吸附水化膜等作用形成稳定状态。 
    小于2μm的颗粒沉降十分困难,甚至一些亚微粒产生沉降,其主要原因是颗粒的布朗运动。 
    微粒半径越小,布朗运动扩散速度越快,因而分散体系中的微粒就越不容易沉降。我们知道,在悬浮液中加入一价阳离子,因电性中和,引起扩散层收缩和电动电位降低,微粒间的分子吸引力超过了排斥力,因而导致凝聚作用的产生。以明矾凝聚机理为例说明:当明矾加入悬浮液后,明矾即在水中溶解和分离,分离后的阳离子与带电荷的微粒进行电性中和,因此降低了微粒表面的电位,从而减少了颗粒间的相互排斥力,过剩的明矾再水解生成Al絮团,此絮团将悬浮液中的固相颗粒包裹并沉淀。 
    明矾最后形成立体网状构造的氢氧化铝,这种网状结构会包裹固相微粒,有利于脱水。 
1.凝聚的机理 
    凝聚过程包括下列机理:异向凝聚、同向凝聚和机械脱水收缩三个过程。 
    异向凝聚:由于微粒间布朗运动发生碰撞而凝聚的过程。 
    机械脱水收缩:在凝聚作用发生后,包含在絮团中的微粒之间有足够强的粘附力而不被外力破坏。 
2.絮凝作用 
    絮凝作用是指使用高分子絮凝剂所产生的作用,它以线状的高聚物形式通过“桥联作用”把固体微粒连接在一起,形成一种任意的、具有三维空间的、松散的多孔性结构,也就是说,只有通过高聚物的桥联作用生成的絮凝体的作用,才能称为絮凝作用。 
    优姬絮凝剂是一种高分子聚合物,分子量大,长碳链上的一些活性官能团可以吸附分散体系中的微粒。由于聚合物是较长的线状结构,每个高分子化合物中都有许多官能团,可以在同一个分子上吸附多个微粒,因而它在微粒之间起了联系的作用,这种作用称为架桥作用。由于高分子聚合物的架桥作用可以将许多微粒连结在一起形成一个絮团,絮团不断的增长,变成较大的絮团,因而加快了微粒的沉降速度。 
3.絮凝作用的过程 
反应⑴:在分散体系中加入絮凝剂,这时加入量为最佳使用量时,絮凝剂的一端首先吸附在微粒上,而另一端随时可以通过碰撞接触吸附其他微粒,形成架桥作用,产生絮团。对于稳定的分散体系来说,这种随时可以实现架桥作用的微粒,称为不稳定的微粒。 
反应⑵:许多不稳定的微粒,通过架桥实现絮凝,形成不规则的絮团。 
反应⑶:不稳定的微粒在运动过程中,不能及时与其他微粒碰撞接触,实现架桥作用。由于高聚物是带有许多官能团的高分子线状化合物,没有吸附微粒的另一端在运动过程中将会缠绕本身的微粒,并通过官能团的吸附作用将此微粒表面覆盖,产生分散作用,因而不再与其他微粒实现架桥作用,再次形成稳定的微粒。 
反应⑷:如果絮凝剂用量过大,每个微粒吸附了过量的高分子化合物,则此中微粒就没有空余的表面,再不进行架桥作用,因而分散体系稳定。 
反应⑸:由架桥作用形成的絮团,如果还继续进行剧烈活长时间的搅拌,则信乐团将被打散而破裂,形成散碎的絮团。 
反应⑹:散碎絮团在运动过程中,通过散粒本身所带的高分子聚合物对它的二次吸附,形成了再次的稳定散碎絮团,由于它的分散作用,使分散体系形成稳定的保护胶体,因而不易絮凝。 
反应⑺:由架桥作用形成的松散絮团,因外部作用力的不均匀,产生机械脱水收缩,不规则的松散絮团被压缩成絮团小球。 
    凝聚作用是当分散体系中加入无机电解质,通过电性中和压缩双电层,降低了电位,减少微粒间的排斥作用,从而达到凝聚的目的。絮凝作用是利用带有许多活性官能团的高分子线状化合物能在分子上吸附多个微粒的能力,通过架桥作用将许多微粒聚集在一起,形成一些较大的松散絮团,从而达到凝聚的目的。 
六、膨润土增效 
膨润土增效就是活化膨润土,改善膨润土的造浆性能,提高造浆率。目前增效膨润土的方法有两种:元机物和有机物的增效。无机物有碱金属的氢氧化物、重金属 盐;有机物有高聚物、天然植物胶等。在实际应用中经常将无机物和有机物进行复配,达到最佳效果。 
有机聚合物的增效。有机聚合物的聚合度大,分子链较长,有多个官能团,增加了与粘土颗粒的吸附和水化作用,因此增粘作用强,有较高的造浆增效作用。增效作用的大小首先是看有机聚合物吸附的官能团,其次是有机聚合物长链上的水化官能团。膨润土中加入的有机聚合物增效剂有聚丙烯酸盐、聚氧烯烃、聚丙烯酸钙等。我国在进行膨润土增效时根据我国化学处理剂的现状,一般选用聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、生物聚合物等。  
高聚物对膨润土性能具有重大影响,其作用机理与无机盐有本质的差别。高聚物对膨润土有增效作用,对钻井泥浆用膨润土来说使用高聚物增效膨润土,高聚物加量小,性能改善快,易达到标准。 
(一)有机膨润土 
有机膨润土是膨润土的衍生物。膨润土具有较强的吸附、膨胀等特性,在水中具有较好的分散性,溶液具有良好的触变性。但是,膨润土在油类等溶剂中,就失去了本身的特性。为了膨润土在非极性溶液中显示出吸附、膨胀等性能,世界各国都开展了有机膨润土的研究工作,主要是利用有机物对膨润土进行覆盖产生有机膨润土。这种膨润土产品具有较好的触变性和抗酸、碱能力, 溶液属非牛顿流体并具有很好的防水和热稳定性,能耐150~175°C温度。因此,有机膨润土作为增稠剂、高温润滑剂、油漆添加剂、吸附剂、油基泥浆钻井液材料等,是一种有广泛用途的化工产品。 
制备有机膨润土的添加剂主要是有机胺盐类。人们习惯上称这种有机胺盐为覆盖剂。 
有机膨润土的制备原理。有机膨润土实际是膨润土的一种改性方法所形成的产品。就是利用有机阳离子置换蒙脱石晶层中可交换的阳离子,使有机物覆盖在蒙脱石表面,使膨润土失去吸附水的能力,从而形成一种疏水亲油的有机膨润土。蒙脱石表面带负电荷,可以吸附钙、钠、镁等离子,这些阳离子经过水化作用,可以使膨润土充分分散。钠离子水化能力大于其他二价阳离子,因此在制备有机膨润土时往往选用钠质膨润土。 
(二)决定有机膨润土质量的因素 
(1)膨润土水溶液的浓度和纯度;  
(2)覆盖剂与膨润土的比例;  
(3)反应温度; 
(4)反应时间。 
(三)膨润土提纯工艺 
膨润土选矿方法,目前仍以传统的干法-风力分选法为主。主要流程是:初步干燥→破碎→冷却→粉碎→净化→除尘→分级→包装。这种方法只适用于蒙脱石含量在80%以上的原矿。对我国来说,蒙脱石含量在80%以上的膨润土矿产十分稀少,借用国外提纯工艺,效果不理想,达不到实际应用的要求。近年来,国内外开展了湿选矿法,这种方法适合低品位矿物的提纯,可以制取高纯度的膨润土产品。湿法提纯基本工艺流程是:矿浆制备→混合→净化→分离分级→干燥→粉碎→包装。随着科学技术的发展,湿法提纯膨润土工艺不断完善,低品位的劣质膨润士将得到广泛应用。 
1.干法提纯膨润土 
这种方法提纯膨润土,生产工艺简单,使用设备少,但空气污染严重,产品质量难以控制。当天然膨润土质量较好时,提纯的效果较好,一些对膨润土产品纯度要求较高的日用化工、造纸等领域,就不能专用于法提纯的膨润土产品, 因此膨润土产品应用范围受到限制,产品价格较低。 
2.湿法提纯膨润土 
由于一些行业要求使用高纯度的膨润土产品,一般要求蒙脱石含量在90%,以上,自然界中不存在这么高的蒙脱石含量的膨润土矿物,干法提纯膨润土也很难达到要求。 
目前国内外湿法提纯膨润土的方法有如下三种: 淘洗法:淘洗的目的是将膨润土中粗颗粒杂质除去,简单提高膨润土的纯 度和细度。 
(四)淘洗设备及工艺 
淘洗装置包括搅拌机、稀释池、淘洗池、离心泵、旋流分离器、沉淀池等。 
淘洗工艺过程:制浆、漂洗、旋流分离、沉淀及沥水。 
1.影响淘洗质量的因素 
(1)加入适量的电解质,一般在淘洗时加人分散剂,如焦磷酸钠、磷酸钠等分散剂,提高膨润土颗粒的分散性。在净化一定时间后,去掉杂质,在淘洗后的悬浮液中加入凝结剂,如聚丙烯酰胺等高聚物,或   羟基铝等元机聚合物,进行凝聚和絮凝,初步实现固液的分离。关键选择合适的分散剂和絮凝剂,以及最优加量的确定,这些分散剂和絮凝剂的选择应考虑到今后产品的用途,不应给产品的使用带来负作用。 
(2)正确选用旋流分离器。选择旋流除砂器是湿法提纯膨润土的关键。在膨润土悬浮液中,一些含高纯度蒙脱石的膨润土颗粒因为颗粒太小,即使加入絮凝剂也不容易沉淀,根据斯托克斯定律可以知道这些超细微粒不可能在短期内沉淀,因此使用旋流分离器效果不是太好。国内外正在研究一种离心 分离器提高分离效果。我国己有厂家试生产了粘土矿物提纯用的离心机,但因价格太高,没有得到推广应用。 
(3)膨润土浆的浓度。膨润士悬浮液浓度大时,溶液粘度较大,杂质沉降 速度十分缓慢,尤其是一些密度较小的固体颗粒,在悬浮液粘度较大时几乎不沉降,靠自然沉降除去部分杂质比较困难,膨润土与杂质的分离效果明显较差,因此在进行膨润土淘洗之前应依靠实验室确定的浓度配置选矿溶液的浓度。 
(4)离心泵的工作压力。压力愈大,产生的离心力愈大,分离的膨润土浆细度愈高,相反压力低,分离出的膨润土浆细度也低,有一些细的杂质不易分离,在机械设备容许的情况下,确定合理的工作压力。 
(5)膨润土浆的温度。温度高,悬浮液的粘度低,有利于提高膨润土的细度,因此为了提高湿法选矿的效果,可以使用一定温度的水配置膨润土悬浮液,但给选矿增加了成本。 
2.电泳法 
膨润土分散在水中时,膨润土颗粒带负电荷,将悬浮液放在电场中,粘土颗粒向阳极移动。因此,将膨润土放在水中, ,加入分散剂使膨润土充分地分散成均匀的浆液,再利用电泳现象,使带有负电荷的膨润土颗粒聚结在阳极上,使膨润土颗粒与其他杂质分离,达到提纯的目的。 
3.电泳装置:电泳槽 
电泳法的操作程序:将膨润土进行预处理,膨润土与水以1:1~1:3的比例放置在搅拌机中,加入适量分散剂,经充分搅拌制成泥浆,然后放到沉淀池中沉淀后,再放到电泳槽进行电泳。 
电泳法提纯膨润土的特点:既对膨润士进行物理精选作用。又有对膨润土化学成分精选作用。电泳法提纯的膨润土分散度均匀,粒度一般在2μm以下,同时电泳法处理的膨润士中二氧化硅、三氧化二铁减少,而三氧化二铝增加。但是由于提纯设备十分昂贵,使用中耗电量大,对提纯普通用途的膨润土 来说成本太高。目前这种方法仍只停留在实验室的研究中。  
重偏磷酸钠的溶液选法:这种方法适合蒙脱石含量在60%以 上的膨润土矿物。膨润土和水、重量比最好是1:(1.5~2)。极稀的重偏磷酸钠的含量为天然膨润土重量的0.5%,重偏磷酸钠与浆液作用不能超过5min,否则,溶液的视粘度升高。经过此种方法提纯的膨润土产品的蒙脱石含量:在 90%以上,产品可适用于食品工业、医药卫生、催化剂、瓷器、造纸、轻化工等行业。 
其主要步骤是:①对开采出的膨润土原矿进行处理,减少表面污染。 
一般在破碎和磨矿后用连二亚硫酸钠或次硫酸盐漂白,可消除氧化铁的污染。②用碱在最低温度为60℃条件下处理膨润土水基溶液中的游离的氧化铁。③将碱处理过的膨润土悬浮液脱水,然后把脱水的固相物质用水至少冲洗一次。④将膨润土冲洗后,加水重新配置成悬浮液。⑤让新配置的悬浮液在均化器中受剪切、摩擦和冲击。 ⑥干燥悬浮液。这种工艺的优点是:①用化学溶解分离方法基本上除去膨润土中的游离硅,得到较纯的膨润士。②产品的回收率高。③用6O℃以上温度的碱处理膨润土,产品元毒、无茵,白度高,适合制作药片分散剂、化妆品等方面的产品。 
4.蒙脱石合成 
在1: 4的氢氧化铝和硅胺的混合物中加入碱,在 87个大气压、400℃的条件下,可以合成蒙脱石。在氯化镁的溶液中加入氢氧化硅和氢氧化钠或氢氧化钾煮沸,合成了锂蒙脱石。用钠亚硝酸根洛高钴酸盐或氯化镁处理伊利石生成了蒙脱石。自然界中的蒙脱石是在碱性条件下生成的。一般情况下,碱性条件和有镁元素的存在有利于蒙脱石的生成。 
5.合成蒙脱石的要求 
(1)反应物必须尽可能纯。 
(2)反应物必须粉碎到足够细,使反应进行充分。 
(3)参加反应的物质在矿物合成的温压范围内必须具有确定的化学组成。 
(4)必须保证一定的反应条件,如时间和压力。 
蒙脱石合成的目的:第一是提供信息,对野外地质工作具有指导意义。第二是合成满足工业要求的高纯度和高质量蒙脱石。 
6.有机膨润土的制造工艺 
通过膨润土矿的钠离子和有机阳离子之间的阳离子置换反应,生成有机物质的膨润土。通常使用的有机试剂是脂肪胺和四配位烷基铵盐或四配位芳基铵盐。 
反应介质是氢氧化钠溶液。 
通过天然钠质膨润土与甲基一苯甲基-二烧基氯铵反应制成油基钻井液用有机膨润土。 
用钠质膨润土与烷基二甲基苯甲基氯化铵制作钻井泥浆用的护壁剂。 
7.制造有机膨润土的要求 
(1)钠质膨润土,蒙脱石品位大于80%。 
(2)含砂量小于0.5%。 
(3)含水量小于8%。 
(4)阳离子交换容量大。 
(5)粒度:200目. 
有机膨润土生产工艺包括湿法和干法两种。 
8.湿法工艺流程是 
(1)制浆。将钠质膨润土在水中充分分散,悬浮液浓度通常为1%~10%。钠质膨润土必须符合制备有机土的要求。 
(2)改性。加入适量的碳酸钠进行改性,提高阳离子交换容量。  
(3)覆盖。将膨润土悬浮液加热到38~80℃,在不断搅拌的条件下,慢慢加入溶于乙二醇中的季胺盐有机覆盖剂,连续搅拌30~ 6Omin,使反应充分进行,然后停止加热和搅拌,经过洗涤、过滤、烘干、粉碎即成有机膨润土。 
9.干法工艺流程 
⑴将膨润土和阳离子覆盖剂按一定比例混合碾压。 
⑵将碾压过的混合物加热到60℃,再碾压45min。 
⑶烘干。 
⑷粉碎至200目。 
(五)活性白土的制造工艺 
为了提高膨润土产品的吸附性能,适应轻工业中的漂白、脱色、净化等用 途,将钙质膨润土进行酸化处理制造活性白土。 
活性白土的生产工艺包括两种:干法和湿法。 
干法生产工艺如下:将膨润土粉碎,加入酸并充分混合,经过挤压后,干燥,然后粉碎即为活性白土产品。 
湿法生产工艺如下:将30%的硫酸或盐酸与小于60目含水量为12%的膨润土,放进装有铅内衬的桶内充分搅拌,制成泥浆,再用蒸汽煮解6h, 经洗涤、浓缩、过滤、干燥和粉碎,即制成了活性白土。 
我国制造活性自土的工艺是:膨润土粉碎后,加水制成泥浆,再加入一定量 工业浓硫酸煮解,保温102℃,4h后进行洗涤、浓缩、过滤、干燥和粉碎。活性白土的质量指标包括活性度、游离酸、脱色率、粒度、水分、机械杂质等六项指标。 
影响活性白土质量的主要因素有:  
(1)原土质量:蒙脱石品位越高,含砂量越低,含水量越少,粒度越细,则制造的活性白土的活性度越高,吸附性越强,产品脱色率越高。 
 (2)反应温度:根据大量实验,反应温度高比低好,经常将温度控制在微沸状态,温度太高时,浆液水分挥发较多,易造成反应不充分。  
(3)反应时间:一般不低于3h 。若反应时间不够,产品的脱色率及活性度降低。 
(六)膨润土的提纯新工艺新技术 
膨润土的加工是指利用各种方法、措施提高天然膨润土的质量,改变天然膨润土的矿物结构、化学组成等以提高或改变膨润土的物理性能和化学性能, 扩大膨润土应用领域的工艺过程。包括膨润土的提纯、改性、改型、钠米化等。膨润土的提纯方法一般分为物理提纯方法和化学提纯方法。物理提纯方法即选矿提纯方法,又分为手选、风选(干法提纯)和水选(湿法提纯)3种。 
1.物理提纯方法 
⑴手选 
手选主要用于原矿蒙脱石含量较高的膨润土。在采矿场由人工将矿石中的大块废石挑选出来,也可以根据应用领域的技术指标要求分地段、分层位采矿,分别堆放,单独加工。其加工流程如下。 
膨润土原矿→破碎→干燥→手选→粉磨→包装 
根据膨润土的原矿情况,软质膨润土元须破碎,硬质膨润土则须利用颗式 破碎机或雷蒙磨将其破碎至粒径(Φ)为2cm左右的碎块;然后采用自然或加热干燥去除水分(水含量≤2%~6%);手选或用振动筛剔除Φ≥2cm的大块;最后利用雷蒙磨将细粒矿石粉碎(约200目)。 
⑵干法提纯 
风选(干法提纯)是目前普遍使用的膨润土提纯方法,该法适用于蒙脱石含量高(蒙脱石含量大于80%)、粒度较细脉石矿物石英、长石较粗的矿石。其工艺流程如下。 
膨润土原矿→自然干燥→画画→气流干燥→粉磨→风选分级→包装 
干燥分两段进行。首先,通过自然干燥,使原矿的水分从40%降至25%以下;然后将原矿破碎至3~4cm;进一步采用流态化干燥机、回转百叶窗式烘干机、旋风式烘干机、回转干燥机等使膨润土的水分含量小于6%~12%。为防止因蒙脱石结构变化而引起膨润土的性能改变,烘干温度应低于250℃,且时间不易过长。 
利用雷蒙磨将其粉磨至100~325目后,采用气流分级机进行分级,同时去除长石、石英等砂质矿物,即得最终产品。采用该方法提纯的膨润土的蒙脱石含量可达99%以上,且蒙脱石的回收率很高,可达95%以上。该方法操作简便成本低且提纯效果好。 
⑶湿法提纯 
对于原矿中蒙脱石含量只在30%~80%的低品位膨润土或所含长石、石英的粒度不是很大的膨润土,要获得更高纯度的膨润土或蒙脱石,往往采用湿法提纯。 
湿法提纯根据工艺过程的不同又分为自然沉降法、絮凝法、高速离心法和二次分级法等。而在实际提纯过程中,往往会在不同的阶段同时采用几种方法,有人又将其统称为淘洗法。其原理是即由于重力作用,球形物体在教滞体内落下时,此下降速度为一个常数,并与该球形物体半径的平方成正比。 
颗粒的沉降速度与颗粒的直径平方成正比,即颗粒的直径越大,其沉降速度越快。而作为黏土矿物膨润土中蒙脱石的粒径一般比长石、石英等碎屑矿物的粒径小电所以可依据此原理将其分离,从而达到膨润土的提纯目的。 
湿法提纯的过程是首先将膨润土原土破碎至粒径(φ)小于5mm的颗粒,以约3:1的比例加入水搅拌,制成浆体,然后静置,使石英、长石、碳酸盐等砂质矿物自然沉降;剩余的悬浮液可继续采用自然沉降法使砂质矿物进一步沉降,也可加入聚丙烯酰胺絮凝剂(即絮凝法)以促进蒙脱石进一步沉降。该方法可得到质量较好的产品,缺点是沉淀时间长,占地面积大,生产效率较低。高速离心法和二次分级法是将自然沉降去杂后的悬浮液再经高速旋转的离心沉降机分离,进一步分离粒度较细的碎屑矿物(长石、碳酸盐等) ,得到粒度小于5μm的膨润土浆料或悬浮液,再将该液过滤、干燥、打散解聚,即可得到高纯度的膨润土产品。 
在制浆过程中为使碎屑矿物块速沉淀,可以加入分散剂(一般选用六偏磷酸钠、水玻璃、焦磷酸钠、磷酸钠等)以提高黏土颗粒的分散性,然后再进行分离。分散剂的浓度不宜过浓(1%左右即可) ,用量以膨润土质量的0.5%左右为宜。在净化一定时间后去掉杂质,在悬浮液中加入絮凝剂(如聚丙烯酰氨等高聚物或羟基铝等无机聚合物)进行凝聚和絮凝,实现固一液分离。整个工艺流程如下: 
膨润土原土→破碎→制浆(加分散剂)→沉降分离→ 悬浮液离心分离(加絮凝剂)→过滤→干燥→打散解聚→包装 
膨润土提纯的程度与膨润土原矿的物相组成、结构、粒度等直接相关。因此,湿法提纯的影响因素较多,例如不同的固-液比、离心机的转数和离心时间、加入分散剂(絮凝剂)的类型和用量以及膨润土的温度等都会影响最终产 品的质量。所以,必须根据原土的矿物特征选择适宜的提纯方法。 
湿法提纯对方英石的去除效果不好,主要是因为方英石的粒度太细,接近蒙脱石,用物理方法很难将其分离。 
提纯后的膨润土化学组成中的MgO、A1203的含量较原土增高,而SiO2、K2O、Na2O提纯土的吸蓝量、膨胀容、胶质价、pH值都有提高,证明了蒙脱石含量的增加。 
采用相似的提纯工艺在膨润土湿法提纯过 程中的不同阶段加入适量的絮凝剂和反絮凝剂,将蒙脱石的结构先打开再复合。这样可将夹在蒙脱石层间的杂质去除,使膨润土提纯至高纯度。不发生分层现象,提纯后的精土在吸附性。黏度、膨胀倍数和阳离子交换容量等方面均有明显提高。 
膨润土的湿法物理提纯方法还包括电泳法。由于膨润土分散在水中时其颗粒带负电荷,将悬浮液放在电场中,粘土颗粒就会向阳极移动。因此,可在膨润土中加入水和分散剂制成均匀的浆液,再利用电泳现象使具有负电荷的膨润土颗粒在阳极聚集,使其与其他杂质分离,达到提纯的目的。电泳法提纯膨润土一般要求粒度小于2μm以下,提纯后的膨润土纯度较高且膨润土中Si02、Fe203减少而A1203增加。但由于提纯设备十分昂贵,使用中耗电量大,导致提纯成本太高。因此,该种提纯方法还没有得到工业上的广泛应用。 
2.化学提纯方法 
由于采用物理法提纯膨润土难以去除粒度很细的方英石、部分石英及Fe203所以要制得高纯度的膨润土就必须采用化学提纯法。 
化学提纯法即利用化学试剂与膨润土中的杂质矿物发生化学反应而将其除掉的方法通常是利用强碱去除方英石和石英, 选用20%的NaOH溶液,以适当的比例(根据膨润土中方英石的含量)加入原土中,在温度为80℃ ,反应时间为2.5h时即可去除膨润土中的方英石。提纯结果物相分析显示蒙脱石含量可达95%以上。利用连二亚硫酸钠(俗称保险粉)或次硫酸盐消除Fe2O3以达到对黏土的漂白作用。 
在实际提纯工艺过程中常常会同时采用物理方法和化学方法进行复合提纯。 
①对开采出的膨润土原矿进行处理,减少表面污染; 
②原矿破碎后用连二亚硫酸钠或次硫酸盐漂白,消除氧化铁污染; 
③在60℃下用碱处理膨润土水基溶液中的游离氧化铁,将处理过的膨润土悬浮液脱水; 
④将脱水后的固相物质冲洗后加水重新制成悬浮液; 
⑤让新配置的悬浮液在均化器中受剪切、摩擦和冲击: 
⑥干燥悬浮液。 
这种工艺的优点有以下3点: 
①用化学溶解分离方法基本上出去膨润土中的游离硅,得到较纯的膨润土。 
②产品回收率高。 
③用60℃以上温度的碱处理膨润土,产品无毒、无菌,自度高,适合制作药片分散剂、化妆品等方面的产品。
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