辽宁某膨润土综合利用试验研究

摘要：辽宁某地区膨润土为优质钙基膨润土，主要成份为绿脱石，杂质含量很低。试验以该膨润土为原料，对其进行了活化、有机化等试验研究。在活化酸度15％－25%,活化时间4h以上时，制备出品质优良的活性白土；采用适宜流程，在温度60℃，浆料浓度5％，有机化时间1h及覆盖剂用量35％时，制备出性能较佳的有机膨润土；制备了无机矿物凝胶产品，并对产品性能进行了测试。
关键词：钙基膨润土；活化；有机膨润土；无机矿物凝胶

The Experimental Study on Synthesis of Activated Bleaching Clay and Organic Bentonite Utilizing Bentonites in Liaoning Province
Hu Zhigang
Liaoning Academy of Geology and Mineral Resources,Shenyang,110032

Abstract：A bentonites in liaoning province was high quality calcium-group bentonites by acid ,themain component was montmoronite and the content of impurity was less. The activation and organise and so on experiment were carried about. The high quality activated bleaching clay was made of bentonites on the condition of acidity being 15%-25%, activation time being over 4h.The excellent organic bentonites preparation was fulfilled under the condition temperature being 60℃,slurry concentration being 5%, organise time being 1h and the dosage of dosage being 35g/100g using appropriate flowsheet, inorganic mineral gelatin was made by bentonites and its capabilitywas measured.
Key words: calcium-group bentonites;activation; organic bentonites; inorganic mineral gelatin

我国膨润土含量仅次于美国，居世界第二位，开采量200万t/a［1］。膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的粘土岩，伴生的杂质矿物有伊利石、高岭石、石英、长石和方英石等。蒙脱石是一种含水的层状铝硅酸盐矿物，其晶体由二层硅氧四面体与中间的铝氧八面体构成2∶1型矿物结构。膨润土被誉为“千种用途土”，在水介质中具有良好的阳离子交换性、吸水膨胀分散性、悬浮性以及胶体触变性能等，据统计已在10余个领域100多个部门得到广泛应用[2].
由于活性白土具有优良的脱色、吸附和催化等性能，适用于矿物油、动植物油脂、脂肪酸的脱色精制，在石油精炼过程中起脱色净化、催化裂变和脱除芳烃等作用，因此，高质量的活性白土市场前景非常广阔[2]
有机膨润土可作为有机体良好的增稠剂、油漆增粘剂、高温润滑剂、高效吸附剂、石油钻井泥浆等，附加值较高。对其开发与研究有重要意义[3]。
本文以辽宁某膨润土为原料，进行活化和有机化等试验研究，以制备活性白土、有机膨润土及无机矿物凝胶等产品。为该地膨润土的综合开发与利用提供技术依据。
1 原料性质
辽宁某膨润土化学多元素分析见表1.应用四面体八面体及层间阳离子平衡诱导法计算该膨润土的结构组份及近似的层电荷为［E_0.828(Al_1.367 Fe³⁺_0.024 Fe²⁺_0.008Mg_0.60）（Si_3.777 Al_0.223）O₁₀(OH)₂·nH₂O］.该膨润土的层电荷较高，吸附和牵制层间阳离子的能力较强，宜于改型、作脱色等用途[4]。该膨润土的X射线衍射分析结果见图1。

表1  原矿多项分析
Table 1  The Multi-elements analysis results of crude
 

由分析结果可以看出，该膨润土的原型为钙基膨润土，其主要成份为绿脱石、蒙脱石，各占50％和37％，长石、石英和方英石等杂质含量很少。该膨润土的吸蓝量为1.30mmol/g，胶质价为93％，白度为91.5％。

2 试验研究

2.1  制活性白土试验
试验采用湿法酸活化工艺，试验工艺流程为：原矿粉（－200目）－制浆－酸活化－洗涤－过滤－烘干－粉磨－活性白土。影响活性白土质量的工艺因素主要有活化酸度、活化时间、活化温度和液固比等。本次试验主要针对活化酸度、活化时间进行考查，活化温度控制在100℃，一般来说，反应温度高比低好，生产上通常控制在90℃至微沸状态。

2.1.1 活化酸度的影响
活化酸度直接影响活性白土的质量指标，酸度增加，八面体中的阳离子和有机质等被溶出，晶粒变细，结构松散，表面积增加，吸附能力增强，但膨润土的立体格架逐渐被破碎，吸附和脱色能力反而下降[5]。活化酸度对活性白土性能影响见图2。
 

2.1.2 活化时间的影响
活化时间决定着活化反应是否充分，活化时间不足直接影响活性度和脱色率的提高，活化时间对活性白土性能影响见图3。
 

由图3可见，活化时间应控制在4h以上，否则活化不充分，活性度偏低。
2.2膨润土的有机化
膨润土的有机化就是利用有机阳离子（覆盖剂）置换膨润土中的可交换阳离子，并覆盖其表面，从而堵塞了水的吸附中心，使其失去吸附水的作用，形成一种疏水亲油的有机膨润土络合物。有机膨润土化学活性很低，不溶解在有机溶液中，也不与有机液体反应，但在有机溶液中可形成触变性凝胶，具有很好的防水性和热稳定性。
有机覆盖剂的种类较多，原则上选择亲油性强的有机覆盖剂，从水油度值来看，烃基碳原子数应大于12[6]。本试验采用国内常见的覆盖剂有机胺盐有覆盖剂。试验工艺流程为：原矿粉（－200目）－制浆－钠化改型－有机覆盖－洗涤过滤－烘干－粉磨－有机膨润土。浆料温度60℃，浆料浓度5％，有机化时间1h。覆盖剂用量是影响有机膨润土性能的重要因素，用量不足，覆盖不完全，用量过大，有机胺又重新胶溶，悬浮液粘度变小。覆盖剂用量及其在0号柴油中的流变性能试验结果见图4。
 

当覆盖剂用量30％、39％时，在二甲苯一甲醇中的胶体率为96％和98％；当覆盖剂用量33％、35％和37％时，在二甲苯一甲醇中的胶体率均为99％。
试验结果表明，当覆盖剂用量为35％时，有机膨润土性能最佳，在不同组份的有机溶剂中的分散性能较好，粘度最高，达到了石油部钻井液用有机土的质量标准（SY/ZQ003-89）。
2.3 无机矿物凝胶
无机矿物凝胶按其用途可分为两类，一类是凝胶，主要用作增稠剂和悬浮剂，用于牙膏、化状品、乳胶涂料、铸造涂料、建筑涂料、防锈涂料等，此类凝胶要求有较高的粘度稠度，触变性和抗电介质等胶体稳定性，以及较好的白度。另一类为胶体，主要用作分散剂，如用于合成聚合树脂乳液时的分散剂，防止合成过程中乳胶微粒的粘连增大，此类胶体要求分散稳定性好，粘度不高，易分散，即端面电荷低。层电荷较高，解离充分的一类膨润土。凝胶流变性能测试结果为，原土及钠化土浓度、白度均为5％和91.3％，两者的表观粘度分别为1.75 mPa·S和4.5 mPa·S，塑性粘度分别为1.5 mPa·S和3 mPa·S，动切力分别为0.25 Pa和1.5Pa。可见原土和钠化土的粘度较低，分散稳定性较好，可用作分散剂。
3结论
（1）辽宁某地区膨润土为优质钙基膨润土，主要成份为绿脱石，杂质含量很低。该膨润土的层电荷较高，吸附和牵制层间阳离子的能力较强，宜于改型、作脱色等用途。
（2）辽宁某地区膨润土有良好的综合利用价值，以其为原料，采用适宜流程及条件可制备性能优良的活性白土、有机膨润土和无机矿物凝胶等产品，试验研究为该膨润土的加工利用提供依据。

参考文献

［1］郭嘉，李彩霞，任瑞晨.辽宁某膨润土钠化改型研究[J].中国非金属矿工业导刊,2007(增刊)：110－111
［2］许凤林，徐传云，何雪寒，俞洁勤.辽宁北票膨润土制备活性白土试验研究[J]. 中国非金属矿工业导刊,2009,6:31-33期总第79期
Xu Fenglin,Xu Chuanyun,He Xuehan,Yu Jieqin.Study on Activated Bleaching Clay Preparation by Bentonites Occured in Beipiao City of Liaoning Province
3孙宝岐.非金属矿深加工[M].金工冶业出版社，1990
4古阶祥.非金属矿物原料特征及应用[M].武汉工业大学出版社，1990
5浙江省地质矿产研究所.活性白土质量与活化蒙脱石晶体结构表面特性之间的关系研究[M].1989
6徐传世，余敏.蒙脱石有机反应及产物的应用[M].地质实验室，1997（1）：46－57.