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膨润土浅谈
发布时间:2018-02-08 22:18:36| 浏览次数:

   膨润土是一种黏土岩、亦称蒙脱石黏土岩、常含少量伊利石、高岭石、埃洛石、绿泥石、沸石、石英、长石、方解石等;一般为白色、淡黄色,因含铁量变化又呈浅灰、浅绿、粉红、褐红、砖红、灰黑色等;具蜡状、土状或油脂光泽;膨润土有的松散如土,也有的致密坚硬。主要化学成分是二氧化硅、三氧化二铝和水,还含有铁、镁、钙、钠、钾等元素,Na2O和CaO含量对膨润土的物理化学性质和工艺技术性能影响颇大。蒙脱石矿物属单斜晶系,通常呈土状块体,白色,有时带浅红、浅绿、淡黄等色。光泽暗淡。硬度1~2,密度2~3g/cm3。按蒙脱石可交换阳离子的种类、含量和层间电荷大小,膨润土可分为钠基膨润土(碱性土)、钙基膨润土(碱土性土)、天然漂白土(酸性土或酸性白土),其中钙基膨润土又包括钙钠基和钙镁基等。膨润土具有强的吸湿性和膨胀性,可吸附8~15倍于自身体积的水量,体积膨胀可达数倍至30倍;在水介质中能分散成胶凝状和悬浮状,这种介质溶液具有一定的黏滞性、触变性和润滑性;有较强的阳离子交换能力;对各种气体、液体、有机物质有一定的吸附能力,最大吸附量可达5倍于自身的重量;它与水、泥或细沙的掺和物具有可塑性和黏结性;具有表面活性的酸性漂白土(活性白土、天然漂白土-酸性白土)能吸附有色离子。

   

   吸附性吸附是所有固体物质存在的自然现象。我们将某些分子聚集在膨润土表面的现象,称为膨润土的吸附作用。这种吸附作用在工业上得到了广泛应用。如钻井泥浆经常利用膨润土矿物的吸附特性来调整不同使用目的的泥浆参数,如添加降滤失剂,就是通过高分子聚合物一端吸附在膨润土颗粒表面,另一端溶于水使膨润土颗粒和水分子之间产生了一种间接的联系。形成了一种桥联作用,减少了泥浆中的自由水,改变了泥浆的性能参数,达到降低滤失率的目的。

膨润土吸附可以分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三种类型。

   l)物理吸附。物理吸附是靠吸附剂与吸附质之间分子间引力产生的,即我们常说的范德华力产生的。物理吸附是一种可逆的吸附过程,吸附速度与脱附速度在一定条件下呈动态平衡。产生物理吸附的主要原因是膨润土表面分子其有表面能。由于膨润土在水中高度分散,物理吸附现象十分明显。

   2)化学吸附。化学吸附是靠吸附剂与吸附质之间的化学键力而产生的,化学吸附作用一般不可逆。在钻井泥浆中应用化学处理剂就是化学吸附作用的典型例子,如铁铬木质素磺酸盐加入到膨润土泥浆中就是利用铬离子在膨润土晶体的边缘上发生整合吸附。这种化学吸附作用明显比物理吸附作用要稳定。因此用铁铬木质素磺酸盐处理的膨润土泥浆具有较高的抗温能力,可作为地热和超深井的抗高温泥浆体系。

   3)离子交换吸附。膨润土矿物晶体一般带负电荷,因此在膨润土颗粒表面要吸附等当量的相反电荷的阳离子。吸附的阳离子可以和溶液中的阳离子发生交换作用,这种作用称为离子交换吸附。离子交换吸附的特点是:同号离子相互交换,等电量相互交换。离子交换吸附的反应是可逆的,吸附和脱附的速度受离子浓度的影响,这种影响符合质量作用定律。

影响膨润土矿物吸附作用的因素是:

   1)膨润土类型的影响。钠质膨润土的吸附能力明显比钙质等其他类型的膨润土矿物吸附能力强。

   2)膨润土颗粒粉碎粒度大小的影响。根据固体吸附的理论,进行粉碎的膨润土矿物的吸附能力明显提高,粉碎矿物越细,吸附作用越强。

   3)溶液介质的影响。根据双电层理论,膨润土矿物晶体带负电,在形成双电层时会进行离子交换。如果溶液中离子浓度过高会压缩膨润土颗粒双电层,抑制膨润土的分散和扩散,甚至使膨润土产生凝聚和聚结。


   膨胀性

   膨润土遇水就膨胀,这种自然现象产生的主要原因是膨润土矿物晶层间距加大,水分子进入了矿物的晶层,另外引起膨润土膨胀的原因还有膨润土矿物的阳离子交换作用。膨胀性与膨润土的属性和蒙脱石含量关系极大,钠质膨润土的膨胀性明显比钙质膨润土要强,另外纯度较高、蒙脱石含量高的膨润土的膨胀性要强。因此,在实际应用时,如果我们主要想利用膨润土矿物的膨胀性,那么我们在考虑膨润土矿物的种类时首先要选择钠质膨润土矿,其次要考虑蒙脱石含量高的钠质膨润土。在机械铸造和铁矿球团工作中,对膨胀性要求较高。大量的钙质膨润土质,达不到使用要求,因此在使用前需要对钙质膨润土进行改性处理。

钠质膨润土的分散程度较钙质膨润土高,钠质膨润土的吸水率高、膨胀倍数大。钠质膨润土和钙质膨润上吸水膨胀产生不同结果的原因是:

   1)阳离子可以将膨润土颗粒联结在起,制约了膨润土颗粒的分散。多价离子比一价离子电荷密度大,颗粒之间产生较强的静电引力,使膨润土颗粒联结的能力强,因此钙质膨润土的分散能力比钠质膨润土要弱。

   2)蒙脱石晶格置换产生的负电荷要吸附电性相反的离子来平衡溶液的电性。这些电性相反的离子是以水化离子形式存在于溶液当中,带负电荷的蒙脱石颗粒吸附水化阳离子形成双电层。双电层的厚度与反离子价数的两次方成反比,即阳离子价高,水化膜薄,膨胀倍数低;而阳离子价效低,水化膜厚,膨胀倍数高。

   3)钠质膨润土晶层吸附水的厚度是三层,钙质膨润土晶层吸附水的厚度是四层。在极性水分子的作用下,由于静电引力较小,钠质膨润土晶层之间可以产生较大的晶层间距,而钙质膨润土由于晶层间的朴电引力较大,极性水分子不易进入晶层之间,因此,钙质膨润土晶层间产生的距离明显比钠质膨润土小,表现在钙质膨润土比钠质膨润土难于在水中分散、膨胀倍数低。实质上,蒙脱石的膨胀性受其化学成分控制,含钠离子多的蒙脱石可以待续不断地膨胀,直至成为一种凝胶状态。含钙离子多的蒙脱石只能从干操状态到含水状态膨胀是有限度的。我们在了解了影响膨润上膨胀性的深层次的原因后,可以人为有效地控制膨润土矿物的膨胀性能,使之达到最佳使用效果。

造浆性

   造浆率是膨润土颗粒在水中分散形成悬浮液,并且这种悬浮液的表观粘度为15*10-3Ps·s时每吨膨润土造浆的立方数是衡量膨润土质量的一项重要指标,一般钠质膨润土的造浆性能比钙质膨润土要好。计其选浆率公式是:

造桨率(m3/t)=水的体积(mL)/土的质量(g)+1/土的密度一般在测试表观粘度时配制表观粘度在10~25(*10-3 Pa·s)范围内三杯泥浆,经过搅拌静止放置16h,再搅拌,测试粘度,然后在单对数坐标纸上标出三点的位置,进行连线,在坐标上求出表观粘度为15*10-3 Pa·s时的加土量。


  应用

  蒙脱石的性质和层间的交换性阳离子种类有很大关系。根据层间主要交换性阳离子的种类,通常蒙脱石分为钙蒙脱石和钠蒙脱石。

蒙脱石有吸附性和阳离子交换性能,可用于除去食油的毒素、汽油和煤油的净化、废水处理;由于有很好的吸水膨胀性能以及分散和悬浮及造浆性,因此用于钻井泥浆、阻燃(悬浮灭火);还可在造纸工业中做填料,可优化涂料的性能如附着力、遮盖力、耐水性、耐洗刷性等;由于有很好的粘结力,可代替淀粉用于纺织工业中的纱线上浆既节粮,又不起毛,桨后还不发出异味,真是一举双得。

总的说,钠质蒙脱石(或钠膨润土)的性质比钙质的好。

膨润土(蒙脱石)由于有良好的物理化学性能,可做净化脱色剂、粘结剂、触变剂、悬浮剂、稳定剂、充填料、饲料、催化剂等,广泛用于农业、轻工业及化妆品、药品等领域,所以蒙脱石是一种用途广泛的天然矿物材料。

膨润土可用来作防水材料,如膨润土防水毯、膨润土防水板及其配套材料,釆用机械固定法铺设。应用于PH值为4到10的地下环境,含盐量较高的环境应采用经过改性处理的膨润土,并应检测合格后使用。


  组成

  1898年美国地质学者Knighl在美国怀俄明州落基山河附近发现了一种绿黄色吸水膨胀的粘土物质,由于产地为:“ Fort Beton ”,因而取名膨润土(Betonite)。膨润土也叫斑脱岩或膨土岩,膨润土的主要矿物功效成分是蒙脱石,高品位的含量在85-90%,膨润土的一些性质也都是由蒙脱石所决定的。

蒙脱石可呈各种颜色如黄绿、黄白、灰、白色等等。可以成致密块状,也可为松散的土状,用手指搓磨时有滑感,小块体加水后体积胀大,在水中呈悬浮状,水少时呈糊状。蒙脱石有吸附性和阳离子交换性能,可用于除去石油的毒素、汽油和煤油的净化、废水处理。

发展现状


   勘探研究表明,我国膨润土的储量世界第一位,种类齐全,分布广,遍布26个省市,产量和出口均居世界前列。据不完全统计,目前我国膨润土年产量已超过350万吨,而总储量占世界总量的60%。到目前为止已累计探明储量50.87亿吨以上,保有储量大于70亿吨。

现已探明的100多个膨润土矿产地主要集中分布于新疆、广西、内蒙以及东北三省,其中新疆和布克赛尔蒙古自治县境内的膨润土矿储量已突破23亿吨,是目前已探明储量的全国最大膨润土矿区。据新疆地矿部门证实,和布克赛尔蒙古自治县境内有7处膨润土矿床,其中有4处大型矿床(乌兰英格、日月雷、德仑山南和德仑山西南)。乌兰英格矿区膨润土矿地质储量为5.728亿吨,其中表内C—D级膨润土矿储量22948万吨,表外D级储量248万吨,占全国同级膨润土储量的13.74%。日月雷矿区膨润土矿地质储量8亿吨,德仑山南及德仑山西南膨润土矿地质储量分别为2.1亿吨及0.8亿吨。


   专家估计,乌兰英格地区膨润土矿藏远景储量可望超过50亿吨。广西产地有宁明、田东、崇左、桂平、横县等处,蕴藏量最大的是宁明,达6.4亿吨,其次是田东,达4000万吨,总储量超过11亿吨。内蒙古的宁城、兴和、霍林、固阳等地都有十分丰富的膨润土矿,储量最大是赤峰宁城,达10亿吨以上。其余分布于江苏、四川(南充)河北、湖北、山东、安徽、浙江、江西、河南、陕西和甘肃等省(区)。可见,膨润土矿资源高度集中,这有利于组建大型企业集团,建立大型生产基地,向专业化、规模化、集约化发展。

据预测,我国膨润土矿资源量已超过80亿吨,为新产品的开发和研究、市场的开拓、竞争力的提高等奠定了资源基础。但是我国膨润土开发利用的程度很低,累计开采量不足已探明储量的1%。在国际市场上是一种“低出高进”的局面,即出口低级产品(原矿、铸造用、钻井用、低档活性白土等),进口高级产品(洗衣粉柔顺剂、高档有机土等)。

据不完全统计,中国膨润土产品年产销量约600万吨。行业特点是企业规模小(年产万吨以上的企业屈指可数)、技术水平低、由于是资源型行业而竞争不是很剧烈、产销量与价格均逐年上升。


 
 
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