膨潤土的加工技術(shù)及其綜合利用

1、膨潤土的加工技術(shù)及其綜合利用許家亮1，鄭再宏2，李月芬3，王沖3（1浙江三鼎科技有限公司，浙江紹興，312071；2臨安市思特富化工機(jī)電設(shè)備有限公司，浙江臨安，311300；3臨安福龍吸附劑廠，浙江臨安）摘要：概述了膨潤土的加工技術(shù)優(yōu)異性能及其綜合利用。關(guān)鍵詞：膨潤土；蒙脫土；活性白土；顆粒白土；改性膨潤土；白炭黑；綜合利用；1膨潤土的優(yōu)異性能膨潤土(英文名Bentonite)又名膨土巖、斑脫石、甘土、皂土、陶土、白泥，俗名稱觀音土。是

2、以蒙脫石為主要成份的粘土礦物，其化學(xué)成份相當(dāng)穩(wěn)定，被譽(yù)為“萬能石”。蒙脫石是由二層共頂聯(lián)接的硅氧四面體片夾一層共棱聯(lián)接的鋁（鎂）氧（氫氧）八面體片，構(gòu)成2:1型含結(jié)晶水的硅酸鹽礦物。是粘土類礦物大家庭中晶體結(jié)構(gòu)變異最強(qiáng)的礦物之一。蒙脫土(Montmillonite)是屬于蒙脫土族的礦物，蒙脫土族礦物共發(fā)現(xiàn)11個，他們是滑間皂土、貝得土、鋰皂土、蒙脫土、鈉脫土、皂土、鋅皂土、斯皂土、鋰蒙脫土、鉻蒙脫土和銅蒙脫土等，但從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來講可分為蒙

3、脫土亞族（二八面體）與皂土亞族（三八面體）。蒙脫土是典型的層狀硅酸鹽礦物之一，但是與其他層狀硅酸鹽礦物不同之點是層與層之間空隙特別大，這樣就可在層與層中含有不定數(shù)量的水分子及交換性陽離子。通過衍射儀慢速掃描的試驗結(jié)果表明蒙脫土的粒度已接近納米級，是天然納米材料。在多水條件下，膨潤土晶體結(jié)構(gòu)非常微細(xì)，這一特殊的微細(xì)晶體結(jié)構(gòu)決定其有許多優(yōu)良特性，如高分散性、懸浮性、膨潤性、粘結(jié)性、吸附性、陽離子交換性等。因此，膨潤土被稱為“千種用途礦物”，

4、國內(nèi)外將其廣泛用于冶金球團(tuán)、鑄造、鉆井泥漿、紡織印染、橡膠、造紙、化肥、農(nóng)藥、改良土壤、干燥劑、化妝品、牙膏、水泥、陶瓷工業(yè)、納米材料、無機(jī)化工等領(lǐng)域。我國的膨潤土資源極為豐富，遍布26個省市，儲量世界第一。目前我國膨潤土發(fā)展較快，應(yīng)用已達(dá)24個領(lǐng)域，年產(chǎn)量已超過300萬噸。2我國膨潤土概況中國膨潤土礦以其分布廣、埋藏淺、易采掘及品種齊全為特點。除鈣基膨潤土外，相繼發(fā)現(xiàn)了大型優(yōu)質(zhì)的鈉基膨潤土。鈉基膨潤土保有儲量586334萬t，占總儲量

5、的24％。此外還有鈉基膨潤土遠(yuǎn)景儲量351586萬t。除鈣、鈉基膨潤土之外的鋁、氫基等類型約占42％。據(jù)43個礦床統(tǒng)計，平均蒙脫石含量為63％，明顯高干規(guī)范所要求的平均工業(yè)品位（大于或等于50％）。其中四川的膨潤土礦4個礦床平均品位為88％。特大型礦床以廣西寧明縣寧明礦床最高，達(dá)6267％，中型以廣西田東縣田東礦床最高，達(dá)725％。而新疆和布克賽爾蒙古自治縣烏蘭林格日月雷礦為品位最低的特大型礦床，蒙脫石含量僅為48％。大型、中型礦床共計

6、43個，占全部礦床數(shù)50％，而其保有儲量則占絕大部分，表明礦床規(guī)模之大。與膨潤土伴生的礦產(chǎn)以高嶺石和伊利石最為普遍，有的礦床與凹凸棒石共生，如盱胎縣雍山凹凸棒石粘土礦區(qū)。東北一些膨潤土礦則與沸石共生，如黑龍江的勃利縣團(tuán)山及海林縣的沸石膨潤土礦床，吉林省的九臺市羊草溝和銀礦山膨潤土沸石礦床等。華東一帶有與殘留母巖珍珠巖伴生礦床，如江蘇丹徒縣垂山和安徽省宣州市水東的珍珠巖礦床。中國膨潤土礦床多位于丘陵區(qū)，埋藏較淺，覆蓋層厚度一般1～15m，

7、適于露天開采，少數(shù)礦可用地下開采。礦石一般可選性能良好，部分礦山曾進(jìn)行干法或濕法選礦試驗。中國膨潤土礦床可分為三大成因類型，即火山沉積型、風(fēng)化殘積型及熱液型。不同膨潤土成因、不同的雜質(zhì)種類含量，對蒙脫石的提純方法也有所差異。蒙脫石的高純化是蒙脫石產(chǎn)品深度開發(fā)的必然之輪碾鈉化法以原聯(lián)邦德國SUD一CHIMIE公司為代表，將濕的原土、碳酸鈉粉和少量丹寧置于輪碾機(jī)內(nèi)混合、碾壓，再在空氣中老化10天。雙螺旋鈉化為日本國峰公司的鈣土改性設(shè)備。原土

8、預(yù)經(jīng)干燥，粉碎成5~l0mm的顆粒，加入碳酸鈉粉，先在約6m長的雙螺旋混合機(jī)中混勻，再進(jìn)入另一臺長6~8m的雙螺旋混煉機(jī)中，加水混煉成含水30%~40%的軟泥，經(jīng)切片裝置切片成形后，送入轉(zhuǎn)筒干燥，粉磨成產(chǎn)品。美國發(fā)表過類似日本鈉化工藝處理低品級天然鈉土升級的專利，但未見工業(yè)化。上述種種鈉化改性基本是處于一種低品級膨潤土的改性方法，最終產(chǎn)品也僅限于鑄造、鉆井泥漿、鐵礦球團(tuán)、干燥劑、污水處理、建筑工程防水材料等行業(yè)，產(chǎn)品的附加值也不高。目前

9、隨著膨潤土行業(yè)的快速發(fā)展，簡單的低品味膨潤土鈉化產(chǎn)品已遠(yuǎn)不能滿足日益增長的需求。3.1.2人工鈉基膨潤土和天然鈉基膨潤土的區(qū)別鈉基膨潤土是根據(jù)蒙脫石層間可交換陽離子種類、含量來劃分的，堿性系數(shù)大于或等于1的為鈉基膨潤土，小于1的為鈣基膨潤土。鈉基膨潤土也是相對而言的。廣義上講，人工鈉基膨潤土和天然鈉基膨潤土是有區(qū)別的。這方面的數(shù)據(jù)很多：如由差熱分析實驗證明天然鈉基膨潤土的失效溫度為638℃，鈣基膨潤土為316℃。人工鈉基膨潤土由于鈉化條

10、件不一，失效溫度不一，但都低于天然鈉基膨潤土；天然鈉基膨潤土的膨脹力比人工鈉基膨潤土大；天然鈉基膨潤土比人工鈉基膨潤土c軸有序度高，晶粒較細(xì)，分散性強(qiáng)。3.1.3人工鈉基膨潤土一定可以代替天然鈉基膨潤土一般鈉基膨潤土較之鈣基或鎂基膨潤土的物理化學(xué)性質(zhì)和工藝技術(shù)性能優(yōu)越。主要表現(xiàn)在：吸水速度慢，但吸水率和膨脹倍數(shù)大；陽離子交換量高；在水介質(zhì)中分散性好，膠質(zhì)價高；它的膠體懸浮液觸變性、粘度、潤滑性好，pH值高；熱穩(wěn)定性好；有較高的可塑性和較

11、強(qiáng)的粘結(jié)性；熱濕拉強(qiáng)度和干壓強(qiáng)度高。所以鈉基膨潤土的使用價值和經(jīng)濟(jì)價值較高。人工鈉基膨潤土的理化性能除取決于它所含的蒙脫石種類和含量外，還取決于人工鈉化的方法和人工鈉化程度。自然界存在的膨潤土絕大部分為鈣基膨潤土，世界膨潤土資源鈣基膨潤土約占70~80%，我國膨潤土90%為鈣基膨潤土，而且品位低占多數(shù)。膨潤土礦石質(zhì)量的一般工業(yè)要求以礦石中蒙脫石含量來衡量，邊界品位≥40%，工業(yè)平均品位≥50%，蒙脫石含量小于上述指標(biāo)的礦石就不稱為膨潤土

12、了，但蒙脫石含量為30%50%甚至更低的原礦總要利用，目前國內(nèi)已有低品位的原礦經(jīng)人工鈉化處理可達(dá)到使用要求的例子，這說明了人工鈉化技術(shù)的重要性。目前人工鈉化改型劑主要是Na２CO3，最近有些廠家用NaF作改型劑，用NaF作改型劑效果比Na２CO3好的多，但NaF有毒，用NaF作改型劑，不屬于綠色化工。目前我國膨潤土年產(chǎn)量已超過290萬噸，人工鈉基膨潤土占78％，如全部用NaF作改型劑，按1%加入量就是2.26萬噸，污染太大，且用NaF作

13、改型劑人工鈉基膨潤土的毒理實驗也未見報道。3.1.4人工鈉基膨潤土可滿足更多應(yīng)用要求人工鈉基膨潤土可滿足更多應(yīng)用要求，天然鈉基膨潤土有局限性。人工鈉化干法和濕法技術(shù)都有發(fā)展。干法鈉化技術(shù)現(xiàn)已增加微波法可干法提純，技術(shù)先進(jìn)。濕法鈉化技術(shù)早已和提純工藝相結(jié)合，是強(qiáng)化膨潤土的工藝性能最重要的手段。膨潤土的工業(yè)應(yīng)用主要取決于蒙脫石的工藝性能，而蒙脫石的各種工藝性能又取決于其晶體結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、化學(xué)組成、晶體化學(xué)性質(zhì)等。與蒙脫石伴生的各種非目的礦物，