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膨潤土淺談
發布時間:2018-02-08 22:18:36| 瀏覽次數:

   膨潤土是一種黏土巖、亦稱蒙脫石黏土巖、常含少量伊利石、高嶺石、埃洛石、綠泥石、沸石、石英、長石、方解石等;一般為白色、淡黃色,因含鐵量變化又呈淺灰、淺綠、粉紅、褐紅、磚紅、灰黑色等;具蠟狀、土狀或油脂光澤;膨潤土有的松散如土,也有的致密堅硬。主要化學成分是二氧化硅、三氧化二鋁和水,還含有鐵、鎂、鈣、鈉、鉀等元素,Na2O和CaO含量對膨潤土的物理化學性質和工藝技術性能影響頗大。蒙脫石礦物屬單斜晶系,通常呈土狀塊體,白色,有時帶淺紅、淺綠、淡黃等色。光澤暗淡。硬度1~2,密度2~3g/cm3。按蒙脫石可交換陽離子的種類、含量和層間電荷大小,膨潤土可分為鈉基膨潤土(堿性土)、鈣基膨潤土(堿土性土)、天然漂白土(酸性土或酸性白土),其中鈣基膨潤土又包括鈣鈉基和鈣鎂基等。膨潤土具有強的吸濕性和膨脹性,可吸附8~15倍于自身體積的水量,體積膨脹可達數倍至30倍;在水介質中能分散成膠凝狀和懸浮狀,這種介質溶液具有一定的黏滯性、觸變性和潤滑性;有較強的陽離子交換能力;對各種氣體、液體、有機物質有一定的吸附能力,最大吸附量可達5倍于自身的重量;它與水、泥或細沙的摻和物具有可塑性和黏結性;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)能吸附有色離子。

   

   吸附性吸附是所有固體物質存在的自然現象。我們將某些分子聚集在膨潤土表面的現象,稱為膨潤土的吸附作用。這種吸附作用在工業上得到了廣泛應用。如鉆井泥漿經常利用膨潤土礦物的吸附特性來調整不同使用目的的泥漿參數,如添加降濾失劑,就是通過高分子聚合物一端吸附在膨潤土顆粒表面,另一端溶于水使膨潤土顆粒和水分子之間產生了一種間接的聯系。形成了一種橋聯作用,減少了泥漿中的自由水,改變了泥漿的性能參數,達到降低濾失率的目的。

膨潤土吸附可以分為物理吸附、化學吸附和離子交換吸附三種類型。

   l)物理吸附。物理吸附是靠吸附劑與吸附質之間分子間引力產生的,即我們常說的范德華力產生的。物理吸附是一種可逆的吸附過程,吸附速度與脫附速度在一定條件下呈動態平衡。產生物理吸附的主要原因是膨潤土表面分子其有表面能。由于膨潤土在水中高度分散,物理吸附現象十分明顯。

   2)化學吸附。化學吸附是靠吸附劑與吸附質之間的化學鍵力而產生的,化學吸附作用一般不可逆。在鉆井泥漿中應用化學處理劑就是化學吸附作用的典型例子,如鐵鉻木質素磺酸鹽加入到膨潤土泥漿中就是利用鉻離子在膨潤土晶體的邊緣上發生整合吸附。這種化學吸附作用明顯比物理吸附作用要穩定。因此用鐵鉻木質素磺酸鹽處理的膨潤土泥漿具有較高的抗溫能力,可作為地熱和超深井的抗高溫泥漿體系。

   3)離子交換吸附。膨潤土礦物晶體一般帶負電荷,因此在膨潤土顆粒表面要吸附等當量的相反電荷的陽離子。吸附的陽離子可以和溶液中的陽離子發生交換作用,這種作用稱為離子交換吸附。離子交換吸附的特點是:同號離子相互交換,等電量相互交換。離子交換吸附的反應是可逆的,吸附和脫附的速度受離子濃度的影響,這種影響符合質量作用定律。

影響膨潤土礦物吸附作用的因素是:

   1)膨潤土類型的影響。鈉質膨潤土的吸附能力明顯比鈣質等其他類型的膨潤土礦物吸附能力強。

   2)膨潤土顆粒粉碎粒度大小的影響。根據固體吸附的理論,進行粉碎的膨潤土礦物的吸附能力明顯提高,粉碎礦物越細,吸附作用越強。

   3)溶液介質的影響。根據雙電層理論,膨潤土礦物晶體帶負電,在形成雙電層時會進行離子交換。如果溶液中離子濃度過高會壓縮膨潤土顆粒雙電層,抑制膨潤土的分散和擴散,甚至使膨潤土產生凝聚和聚結。


   膨脹性

   膨潤土遇水就膨脹,這種自然現象產生的主要原因是膨潤土礦物晶層間距加大,水分子進入了礦物的晶層,另外引起膨潤土膨脹的原因還有膨潤土礦物的陽離子交換作用。膨脹性與膨潤土的屬性和蒙脫石含量關系極大,鈉質膨潤土的膨脹性明顯比鈣質膨潤土要強,另外純度較高、蒙脫石含量高的膨潤土的膨脹性要強。因此,在實際應用時,如果我們主要想利用膨潤土礦物的膨脹性,那么我們在考慮膨潤土礦物的種類時首先要選擇鈉質膨潤土礦,其次要考慮蒙脫石含量高的鈉質膨潤土。在機械鑄造和鐵礦球團工作中,對膨脹性要求較高。大量的鈣質膨潤土質,達不到使用要求,因此在使用前需要對鈣質膨潤土進行改性處理。

鈉質膨潤土的分散程度較鈣質膨潤土高,鈉質膨潤土的吸水率高、膨脹倍數大。鈉質膨潤土和鈣質膨潤上吸水膨脹產生不同結果的原因是:

   1)陽離子可以將膨潤土顆粒聯結在起,制約了膨潤土顆粒的分散。多價離子比一價離子電荷密度大,顆粒之間產生較強的靜電引力,使膨潤土顆粒聯結的能力強,因此鈣質膨潤土的分散能力比鈉質膨潤土要弱。

   2)蒙脫石晶格置換產生的負電荷要吸附電性相反的離子來平衡溶液的電性。這些電性相反的離子是以水化離子形式存在于溶液當中,帶負電荷的蒙脫石顆粒吸附水化陽離子形成雙電層。雙電層的厚度與反離子價數的兩次方成反比,即陽離子價高,水化膜薄,膨脹倍數低;而陽離子價效低,水化膜厚,膨脹倍數高。

   3)鈉質膨潤土晶層吸附水的厚度是三層,鈣質膨潤土晶層吸附水的厚度是四層。在極性水分子的作用下,由于靜電引力較小,鈉質膨潤土晶層之間可以產生較大的晶層間距,而鈣質膨潤土由于晶層間的樸電引力較大,極性水分子不易進入晶層之間,因此,鈣質膨潤土晶層間產生的距離明顯比鈉質膨潤土小,表現在鈣質膨潤土比鈉質膨潤土難于在水中分散、膨脹倍數低。實質上,蒙脫石的膨脹性受其化學成分控制,含鈉離子多的蒙脫石可以待續不斷地膨脹,直至成為一種凝膠狀態。含鈣離子多的蒙脫石只能從干操狀態到含水狀態膨脹是有限度的。我們在了解了影響膨潤上膨脹性的深層次的原因后,可以人為有效地控制膨潤土礦物的膨脹性能,使之達到最佳使用效果。

造漿性

   造漿率是膨潤土顆粒在水中分散形成懸浮液,并且這種懸浮液的表觀粘度為15*10-3Ps·s時每噸膨潤土造漿的立方數是衡量膨潤土質量的一項重要指標,一般鈉質膨潤土的造漿性能比鈣質膨潤土要好。計其選漿率公式是:

造槳率(m3/t)=水的體積(mL)/土的質量(g)+1/土的密度一般在測試表觀粘度時配制表觀粘度在10~25(*10-3 Pa·s)范圍內三杯泥漿,經過攪拌靜止放置16h,再攪拌,測試粘度,然后在單對數坐標紙上標出三點的位置,進行連線,在坐標上求出表觀粘度為15*10-3 Pa·s時的加土量。


  應用

  蒙脫石的性質和層間的交換性陽離子種類有很大關系。根據層間主要交換性陽離子的種類,通常蒙脫石分為鈣蒙脫石和鈉蒙脫石。

蒙脫石有吸附性和陽離子交換性能,可用于除去食油的毒素、汽油和煤油的凈化、廢水處理;由于有很好的吸水膨脹性能以及分散和懸浮及造漿性,因此用于鉆井泥漿、阻燃(懸浮滅火);還可在造紙工業中做填料,可優化涂料的性能如附著力、遮蓋力、耐水性、耐洗刷性等;由于有很好的粘結力,可代替淀粉用于紡織工業中的紗線上漿既節糧,又不起毛,槳后還不發出異味,真是一舉雙得。

總的說,鈉質蒙脫石(或鈉膨潤土)的性質比鈣質的好。

膨潤土(蒙脫石)由于有良好的物理化學性能,可做凈化脫色劑、粘結劑、觸變劑、懸浮劑、穩定劑、充填料、飼料、催化劑等,廣泛用于農業、輕工業及化妝品、藥品等領域,所以蒙脫石是一種用途廣泛的天然礦物材料。

膨潤土可用來作防水材料,如膨潤土防水毯、膨潤土防水板及其配套材料,釆用機械固定法鋪設。應用于PH值為4到10的地下環境,含鹽量較高的環境應采用經過改性處理的膨潤土,并應檢測合格后使用。


  組成

  1898年美國地質學者Knighl在美國懷俄明州落基山河附近發現了一種綠黃色吸水膨脹的粘土物質,由于產地為:“ Fort Beton ”,因而取名膨潤土(Betonite)。膨潤土也叫斑脫巖或膨土巖,膨潤土的主要礦物功效成分是蒙脫石,高品位的含量在85-90%,膨潤土的一些性質也都是由蒙脫石所決定的。

蒙脫石可呈各種顏色如黃綠、黃白、灰、白色等等。可以成致密塊狀,也可為松散的土狀,用手指搓磨時有滑感,小塊體加水后體積脹大,在水中呈懸浮狀,水少時呈糊狀。蒙脫石有吸附性和陽離子交換性能,可用于除去石油的毒素、汽油和煤油的凈化、廢水處理。

發展現狀


   勘探研究表明,我國膨潤土的儲量世界第一位,種類齊全,分布廣,遍布26個省市,產量和出口均居世界前列。據不完全統計,目前我國膨潤土年產量已超過350萬噸,而總儲量占世界總量的60%。到目前為止已累計探明儲量50.87億噸以上,保有儲量大于70億噸。

現已探明的100多個膨潤土礦產地主要集中分布于新疆、廣西、內蒙以及東北三省,其中新疆和布克賽爾蒙古自治縣境內的膨潤土礦儲量已突破23億噸,是目前已探明儲量的全國最大膨潤土礦區。據新疆地礦部門證實,和布克賽爾蒙古自治縣境內有7處膨潤土礦床,其中有4處大型礦床(烏蘭英格、日月雷、德侖山南和德侖山西南)。烏蘭英格礦區膨潤土礦地質儲量為5.728億噸,其中表內C—D級膨潤土礦儲量22948萬噸,表外D級儲量248萬噸,占全國同級膨潤土儲量的13.74%。日月雷礦區膨潤土礦地質儲量8億噸,德侖山南及德侖山西南膨潤土礦地質儲量分別為2.1億噸及0.8億噸。


   專家估計,烏蘭英格地區膨潤土礦藏遠景儲量可望超過50億噸。廣西產地有寧明、田東、崇左、桂平、橫縣等處,蘊藏量最大的是寧明,達6.4億噸,其次是田東,達4000萬噸,總儲量超過11億噸。內蒙古的寧城、興和、霍林、固陽等地都有十分豐富的膨潤土礦,儲量最大是赤峰寧城,達10億噸以上。其余分布于江蘇、四川(南充)河北、湖北、山東、安徽、浙江、江西、河南、陜西和甘肅等省(區)。可見,膨潤土礦資源高度集中,這有利于組建大型企業集團,建立大型生產基地,向專業化、規模化、集約化發展。

據預測,我國膨潤土礦資源量已超過80億噸,為新產品的開發和研究、市場的開拓、競爭力的提高等奠定了資源基礎。但是我國膨潤土開發利用的程度很低,累計開采量不足已探明儲量的1%。在國際市場上是一種“低出高進”的局面,即出口低級產品(原礦、鑄造用、鉆井用、低檔活性白土等),進口高級產品(洗衣粉柔順劑、高檔有機土等)。

據不完全統計,中國膨潤土產品年產銷量約600萬噸。行業特點是企業規模小(年產萬噸以上的企業屈指可數)、技術水平低、由于是資源型行業而競爭不是很劇烈、產銷量與價格均逐年上升。


 
 
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