蒙脱石的“三明治晶体结构”
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。
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-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,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。
美国发表过类似日本钠化工艺处理低品级天然钠土升级的专利,但未见工业化。
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。
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:如由差热分析实验证明天然钠基膨润土的失效温度为638℃,钙基膨润土为316℃。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 人工钠基膨润土一定可以代替天然钠基膨润土
一般钠基膨润土较之钙基或镁基膨润土的物理化学性质和工艺技术性能优越。主要表现在:吸水速度慢,但吸水率和膨胀倍数大;阳离子交换量高;在水介质中分散性好,胶质价高;它的胶体悬浮液触变性、粘度、润滑性好,pH值高;热稳定性好;有较高的可塑性和较强的粘结性;热湿拉强度和干压强度高。所以钠基膨润土的使用价值和经济价值较高。人工钠基膨润土的理化性能除取决于它所含的蒙脱石种类和含量外,还取决于人工钠化的方法和人工钠化程度。
自然界存在的膨润土绝大部分为钙基膨润土,世界膨润土资源钙基膨润土约占70~80%,我国膨润土90%为钙基膨润土,而且品位低占多数。膨润土矿石质量的一般工业要求以矿石中蒙脱石含量来衡量,边界品位≥ 40%,工业平均品位≥50%,蒙脱石含量小于上述指标的矿石就不称为膨润土了,但蒙脱石含量为30%-50%甚至更低的原矿总要利用,目前国内已有低品位的原矿经人工钠化处理可达到使用要求的例子,这说明了人工钠化技术的重要性。
目前人工钠化改型剂主要是Na2CO3,最近有些厂家用NaF作改型剂,用NaF作改型剂效果比Na2CO3好的多,但NaF有毒,用NaF作改型剂,不属于绿色化工。目前我国膨润土年产量已超过290万吨,人工钠基膨润土占78%,如全部用NaF作改型剂,按1%加入量就是2.26万吨,污染太大,且用NaF作改型剂人工钠基膨润土的毒理实验也未见报道。
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、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。
作者:许家亮1,郑再宏2,李月芬3,王冲3(1浙江三鼎科技有限公司,浙江绍兴, 312071;2临安市思特富化工机电设备有限公司,浙江临安,311300;3临安福龙吸附剂厂,浙江临安)
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