膨潤土提純方法對比及鈉化改性研究.pdf

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Vo1．21，NO．2第2l卷第2期中國礦業(yè)2012年2月CHINAMININGMAGAZINEFeb．2O12膨潤土提純方法對比及鈉化改性研究王鴿，郭海盈，徐光亮(湖北中非膨潤土有限公司，湖北鄂州436061)摘要：以鄂州低品位鈣基膨潤土為實驗研究對象，采用三種不同提純方法，對該膨潤土原礦進(jìn)行提純對比與討論，蒙脫石含量有了不同程度的提高。并且將提純后膨潤土進(jìn)行輪碾鈉化改性，通過實驗確定了影響鈉化的主要因素和鈉化的最佳工藝條件。結(jié)果表明：三種提純土在最佳條件下都顯示理想的鈉化效果，各項性能指標(biāo)有很大的提高，為高性能的鈉基膨潤土。關(guān)鍵詞：膨潤土；提純；鈉化改性中圈分類號：P619．231文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1004—4051(2012)02—0085—04ComparisonmethodofpurificationandstudyonNa—activationofBentoniteWANGGe，GUOHai—ying，XUGuang—liang(HubeiZhongfeiBentoniteCo．，Ltd．，Ezhou436·361，China)Abstract：AlowgradeCa—bentonitefromEzhouistakenastheobjectofthestudy，TheBentonitewasusedtOpurificationcomparisonanddiscussionbythethreedifferentmethod。themontmorillonitecontenthasincreasedinvariousdegrees．Atthesametime，thepurificationBentonitewasconvertedintoNa—ben—tonitebyextrusionmethod，ThemainfactorsandbestindustryconditionsofNa-activationareconfirmedbythistest．TheresultshowsthatthreepurificationBentonitedisplayidealsdium-ionizedefficiencyunderopti—mumconditions，eachperformanceindexhasthegreatimprove．AndobtainedhighperformanceNa-benton—ite．Keywords：Bentonite；purification；Na—activationconversion隨著科技的進(jìn)步，對膨潤土的要求也越來越水介質(zhì)中充分分散的原理，使雜質(zhì)與蒙脫石分高。我國天然產(chǎn)出的鈉基膨潤土很少，絕大多數(shù)離]。干法提純，根據(jù)工藝不同可以分為手選提為鈣基土，鈣基膨潤土資源豐富，儲量大．，但其性純和風(fēng)選提純。濕法提純，根據(jù)工藝過程的不同能較差、質(zhì)量不穩(wěn)定，品位較低[13。蒙脫石含量多又分為自然沉降法、絮凝法、高速離心法和二次為6O～8O％，而且天然膨潤土中除蒙脫石外，分級法等。而在實際提純過程中，往往會在不同含一些非蒙脫石組分，如石英、長石、：亨英石等階段同時采用幾種方法，有人叉將其統(tǒng)稱為淘雜質(zhì)，使其精加二廠產(chǎn)生困難，不宜直接用于生產(chǎn)汰法。精細(xì)化工、輕工日化產(chǎn)品L2]。所以，在膨潤土加工膨潤土改性是通過離子交換改變蒙脫石層間之前，尤其是用它來生產(chǎn)某些無機(jī)精細(xì)化學(xué)品可交換陽離子的種類，以達(dá)到改善蒙脫石或提高(如自炭黑、4A分子篩等)及系列有機(jī)膨潤土等膨潤土物化性能的目的啪。鈉基膨潤土具有許多特時，必須進(jìn)行深加工提純除雜r3]。性，如膨脹、吸附和觸變性等，具有廣泛的用目前，膨潤土的提純方法大致分為兩種，即途]。鈉基膨潤土的物理性能優(yōu)于鈣基膨潤土，干法和濕法]。干法主要是根據(jù)天然土中雜質(zhì)的所以膨潤土的鈉化改性，已成為膨潤土改性的主硬度和密度都較大的特點，通過逐級分離沉降將要技術(shù)之一。雜質(zhì)分開，從而得到精制土。濕法提純主要利用本文選取湖北鄂州某地鈣基膨潤土原礦進(jìn)行膨潤土具有良好的親水性和蒙脫石晶胞細(xì)小能在三種提純方法的對比與討論，探索不同提純方法對該膨潤土的提純效果。并對提純后膨潤土進(jìn)行收稿日期：2011一O4—19了鈉化改性，研究不同提純土最佳鈉化改性 86中國礦業(yè)第2l卷工藝。本實驗采用的提純方法包括手選、風(fēng)選干法1性質(zhì)與實驗提純和濕法提純?nèi)N，具體提純過程如下：1．1原礦性質(zhì)手選：首先將礦石中的大塊廢石挑選出來，實驗選用膨潤土原料取自鄂州某地，原礦的原礦置于曬場晾曬至水份2O左右，再利用錘式X一射線衍射(XRD)圖譜見圖1。原礦的理化性能破碎機(jī)將其破碎至粒徑()為2cm左右的碎塊。指標(biāo)見表1和表2。取上述破碎后混合樣100g，置于實驗室105℃的恒溫烘箱內(nèi)烘2h后，采取實驗室人工手選除石，再磨粉至200目即得提純土。風(fēng)選干法提純：將采掘的原礦曬場晾曬至2O9，6左右水份，經(jīng)錘式破碎機(jī)將原礦粉碎至10mm以下，除去10ram以上原礦，將粉碎好的礦石送人加料斗，再經(jīng)打散粉碎分級機(jī)進(jìn)行粉碎、分級、除雜；除雜后的膨潤土經(jīng)旋風(fēng)收塵器收集、打包得產(chǎn)品。濕法提純：預(yù)先將膨潤土與水混合靜置12h，選擇25．0搗漿濃度，其中添加0．5六偏磷酸鈉5l0l52O253O35404550556065Degree／2O作為分散劑，搗漿30rain后，用200目篩傾出上層懸浮液，沉降過濾得提純膨潤土。圖1鈣基膨潤土XRD粉末衍射圖譜1．3．2鈉化改性方法表1原礦的主要化學(xué)成分／％本次實驗采用的鈉化方法為半干法，利用輪碾壓設(shè)備對三種不同方式的提純土試樣進(jìn)行鈉化改性，并對影響鈉化效果的因素進(jìn)行了系統(tǒng)的對比和討論，以尋找三種提純土最佳鈉化改性工藝。具體鈉化改性方法為：取提純后、烘干粉碎后的試樣若干，采用干法加堿3．0～5．0，加水至試樣含水24～28，用小型輪碾機(jī)進(jìn)行碾壓，吸藍(lán)量／膨脹容／膠質(zhì)價／2h吸水濕壓強(qiáng)熱濕拉強(qiáng)蒙脫石碾壓15～35rain，陳化2～6d，經(jīng)烘干、磨粉等工(g／100g)(mL／g)(mL／15g)率／度／kPa度／l【Pa含量／序后制得產(chǎn)品。1．3．3性能測試膨潤土應(yīng)用廣泛，各個行業(yè)均有不同的質(zhì)量從圖1原礦的X一射線衍射分析結(jié)果可以看出，標(biāo)準(zhǔn)，膠質(zhì)價、膨脹容、吸藍(lán)量都是表征膨潤土原礦的主要成分為蒙脫石，雜質(zhì)礦物也比較簡單，水化特性的重要參數(shù)。膨潤土的很多特性，如分主要為石英、云母、長石等。另外，原礦的特征散性、膨脹性、觸變性、可塑性等，都是在水介峰d(001)值為1．5132nm，而且峰形尖銳，峰質(zhì)條件下特有的。腳較窄，是典型的鈣基膨潤土特征。結(jié)合原礦的膨脹容、膠質(zhì)價是膨潤土的兩個重要物化工主要化學(xué)成分以及理化性能指標(biāo)，可以得出，該原礦為鈣基膨潤土，且原礦各項性能指標(biāo)偏低，藝性能參數(shù)，兩指標(biāo)顯示了膨潤土分散與水化的要開發(fā)高性能指標(biāo)產(chǎn)品，必須對該礦進(jìn)行適當(dāng)?shù)某潭?，是分散性、親水性和膨脹性的綜合表現(xiàn)。提純改性處理才行。兩指標(biāo)與膨潤土的屬性和蒙脫石含量密切相關(guān)，1．2實驗試劑及儀器是鑒定膨潤土屬型和評價膨潤土質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)。試驗試劑：碳酸鈉(工業(yè)級)，六偏磷酸鈉。吸藍(lán)量也可作為評價膨潤土中蒙脫石相對含量的提純設(shè)備：錘式破碎機(jī)，干燥粉碎分級機(jī)，電磁主要技術(shù)指標(biāo)。攪拌機(jī)。本實驗主要以吸藍(lán)量作為膨潤土提純效果的改性設(shè)備：小型混砂輪碾機(jī)。判據(jù)，吸藍(lán)量越高，即提純效果越好。以膨脹容1．3實驗方法和膠質(zhì)價作為鈉化效果判斷的依據(jù)。1．3．1膨潤土提純方法提純改性膨潤土的性能測試依照口u]：GB／ 第2期王鴿，等：膨潤土提純方法對比及鈉化改性研究87T20973—2007與《膨潤土物化性能測試暫行統(tǒng)一提純樣鈉化劑添加量固定為4．0，干法提純樣鈉方法》?；瘎┨砑恿繛?．5，碾壓30min，陳化2d，考察2結(jié)果與討論納化水分對鈉化效果的影響，結(jié)果見表5。從表52．1膨潤土的提純中可以看出，三種提純土鈉化改性合適水份都為按照以上三種提純方法對膨潤土進(jìn)行了提純27．0％。膨脹容、膠質(zhì)價都有較大的提高。研究，對提純后膨潤土的物理性能指標(biāo)進(jìn)行測試，表4NaC03加入量對鈉化效果的影響結(jié)果見表3。實驗室手選提純風(fēng)選干法提純實驗室濕法提純鈉化劑——表3提純后膨潤土物化性能測試膨脹容／膠質(zhì)價／膨脹容／膠質(zhì)價／用LmL／疊，nUfL疊，(mL／g)(mL／15g)(mL／g)(w．L／15g)22．5365．041．043O．055．0500．05O．5500．050．0500．0以上測試數(shù)據(jù)顯示，通過三種不同方法提純3●3●4●4●5●表5納化水分對鈉化效果的影響后的膨潤土，吸藍(lán)量都有明顯的提高O。其5中0，5實O驗室手選提純效果略好，由提純前的36．2Og／245545u729100g提高到44．64g／100g，對應(yīng)的蒙脫■石●含●量●最●O55O5高。風(fēng)選提純和濕法提純蒙脫石含量相同，各項34555指標(biāo)也都有不同程度的提高。濕法提7純2中，0膠O質(zhì)O0●5●0●0●O■OOOOO價指標(biāo)表現(xiàn)尤為明顯，由原礦的47mL／15g提高到提純后的95mL／15g左右。但總的1看來3，4三5種49■7●3●1●2■提純效果差異不大，對該原礦都有一5定5的0提5純5效果。344555O8002．2．3碾壓時間的影響鑒于以上分析結(jié)果，雖然三種提5純●方0●法5■都O●顯0■O0OOO碾壓過程中膨潤土溫度略有升高，有利于加示了一定的提純效果，但也有不足之處。提純后速鈉離子對鈣離子的交換過程。在鈉化過程中，的膨潤土中，仍含有一些比較細(xì)的顆粒和不易溶碾壓時間起很大作用。時問短，壓力不夠，鈉化解的雜質(zhì)，致使提純后原礦指標(biāo)偏低，需進(jìn)一步不充分；次數(shù)多，會起反作用，也不經(jīng)濟(jì)。固定的鈉化處理。鈉化劑分別為4．O和4。5，納化水分為27％，2．2膨潤土的鈉化陳化兩天，隨著碾壓時間的增延長，鈉化改性土取上述三種方法提純后的膨潤土，烘干過200的膨脹容和膠質(zhì)價都有所提高。當(dāng)碾壓時間多于目篩后，加入一定量的鈉化劑NaCO。攪拌均勻，30min時，對膠質(zhì)價影響不大，但膨脹容反而有所加入合適的水份進(jìn)行實驗室碾壓鈉化，再將鈉化下降。因此，我們選擇三種提純土的鈉化碾壓時試樣陳化若干天后，進(jìn)行指標(biāo)測試、分析。間為30min。2．2．1鈉化劑用量的影響表6碾壓時間對鈉化效果的影響改性時，加入Na。CO。的量需大于Ca、Mg。等陽離子質(zhì)量濃度，才能使膨潤土鈉化完全。本次實驗中，我們固定納化水分為26，碾壓30min，陳化兩天，分別對鈉化劑添加量進(jìn)行考察。從表4可以看出，實驗室手選提純與濕法提純樣Na。CO。的加入量為4．0時，表現(xiàn)出較好的效果；而風(fēng)選干法提純加入量為4．5時才合適。結(jié)果如表4。2．2．2納化水分的影響2．2．4陳化時間的影響根據(jù)表4實驗結(jié)果，我們將手選提純樣與濕法鈉化劑添加量分別為4。0％和4．5％，納化水 88中國礦業(yè)第21卷分為27，碾壓30rain，考察陳化時間對鈉化效果在最佳鈉化條件下，三種方法所得產(chǎn)品略有差別，的影響。由表7可以看出，膨脹容與陳化時間并不在實際生產(chǎn)中可根據(jù)不同指標(biāo)需求進(jìn)行選擇。是呈線性關(guān)系的，不是陳化時間越長越好。實驗3結(jié)論室手選提純陳化時間較短，兩天就基本趨于穩(wěn)定，1)三種提純方法對鄂州土均能取得很好的提增加幅度不明顯。干法提純和濕法提純的陳化時純效果，且最終效果差異不大。手選提純處理量間為三天，當(dāng)陳化時間達(dá)到3d，膨脹容隨陳化時小且質(zhì)量不穩(wěn)定、工藝復(fù)雜，只適于進(jìn)行實驗室間的增長而增加的幅度變小。從工廠的生產(chǎn)實際小批量實驗研究；濕法提純周期長、用水量大、考慮，我們選擇鈉化改性陳化時間以3d為宜。成本高，工業(yè)生產(chǎn)化困難；而風(fēng)選提純處理量大表7陳化時間對鈉化效果的影響且工藝成熟，因此考慮實際生產(chǎn)成本與工藝可操作性等因素，風(fēng)選是鄂州膨潤土最合適的提純方法。2)采用混砂碾壓設(shè)備對提純膨潤土進(jìn)行鈉化改性，三種提純土都顯示出較好的效果，且確定了各提純土的最佳生產(chǎn)工藝。實驗室手選提純最佳工藝為：鈉化劑4．O，納化水分27．O％，碾壓30min，陳化兩天；風(fēng)選干法提純：鈉化劑4．5，納化水分27．O，碾壓30min，陳化三天；實驗室2．3提純鈉化土性能檢測濕法提純：鈉化劑4．O，納化水分27．0，碾壓由以上實驗結(jié)果可知，三種提純土在碾壓鈉30min，陳化三天。一化改性研究中，表現(xiàn)出不太一致的鈉化效果。實參考文獻(xiàn)[1]溫佩，武文潔，趙立輝．膨潤土的改性及應(yīng)用研究進(jìn)展驗室手選提純鈉化稍顯優(yōu)勢，與提純階段中分析[J]．化工技術(shù)與開發(fā)，2008，37(2)：27—31．相對應(yīng)，但三者差別不大。實驗室根據(jù)上述實驗[2]印航，高惠民，管俊芳．新疆某地鈉基膨潤土提純試驗研結(jié)果，對三種提純土分別進(jìn)行了最佳工藝鈉化改究EJ]．礦產(chǎn)綜合利用，2005(5)：17—2O．性處理，所得鈉化土主要物化性能檢測結(jié)果見[3]單成湘，于少明，楊保?。驖櫷撂峒兎椒ǖ难芯縖J]．表8。合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，1997，20(2)：29表8鈉化土主要物化性能檢測結(jié)果—33．[4]姜桂蘭，張培萍．膨潤土加工與應(yīng)用[M]．北京：化學(xué)工實驗室手選提純風(fēng)選干法提純實驗室濕法提純業(yè)出版社，2005．4．0鈉化劑4．5％鈉化劑4．0鈉化劑鈉化工藝一27水一碾壓一27水一碾壓一27水一碾壓[5]閆景輝，李景梅，王巍，等．膨潤土化學(xué)提純研究LJ]．30min一陳化3omin一陳化30min-陳化非金屬礦，2002，25(3)：8—10．2d3d3d[6]陳凱．膨潤土提純方法研究[J]．煤炭技術(shù)，2008，27吸藍(lán)量／(g／100g)44．3442．11(4)：125—126．膨脹容／(mL／g)66．062．0[7]周佳榮，易發(fā)成，侯莉．鈣基膨潤土的鈉化改型方法研究膠質(zhì)價／(mL／15g)500．050O．O[J]．中國礦業(yè)，2007，16(3)：8487．2h吸水率／475．0432．0[8]葉力佳，劉建遠(yuǎn)．低品位膨潤土的提純及其鈉化工藝條件濕壓強(qiáng)度／kPa129．0128．5優(yōu)化研究EJ]．礦冶，2008，17(3)：21—25．熱濕拉強(qiáng)度／kPa3．353．27[9]崔學(xué)奇，呂完俊，周國華．膨潤土的性能及其應(yīng)用[J]．中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2000，14(2)：6—9．[101GB／T20973—2007，膨潤土Es1．以上各產(chǎn)品性能指標(biāo)，均超過了國標(biāo)中球團(tuán)[u]地質(zhì)礦產(chǎn)部科學(xué)技術(shù)司．膨潤土礦物化性能測試暫行統(tǒng)一和鑄造用膨潤土一級品質(zhì)量要求，說明三種提純方法EM]．武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，1984．改性方法對膨潤土都起到了良好的改性作用。但