膨潤(rùn)土的提純和改性

時(shí)間：2023-03-24 14:48:58來(lái)源：food欄目：食品快速檢測(cè) 閱讀：

膨潤(rùn)土的提純和改性

[db:作者] / 2023-01-03 00:00

[制備方法]由于天然膨潤(rùn)土的品質(zhì)存在不足之處，直接加以使用效果不佳，為了滿足某些行業(yè)的需要和提高膨潤(rùn)土產(chǎn)品的檔次，需要對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行分離提純、改性等處理，以提高其性能。

(1)膨潤(rùn)土的提純

膨潤(rùn)土的提純方法有干法和濕法兩種。干法(風(fēng)選)是目前國(guó)內(nèi)外的主要選礦方法，該法適用于蒙脫石含量高(蒙脫石含量大于80%)、粒度較細(xì)而脈石礦物石英、長(zhǎng)石較粗的礦石。其工藝流：膨潤(rùn)土原礦→自然干燥→破碎→氣流干燥→風(fēng)選分級(jí)→包裝。該法工藝流程簡(jiǎn)便，處理量大，但產(chǎn)品質(zhì)量不易控制。

濕法提純方式有2種：①200目礦粉→加水浸泡制漿→1級(jí)提純→2級(jí)提純→3級(jí)提純→脫水→干燥粉碎→精土；②小于100目礦粉→制漿(10%～20%)→沉淀懸浮液(棄去殘?jiān)?→離心分離→高純度漿液(棄去細(xì)渣)→過(guò)濾→濾餅(70%水循環(huán)利用)→反絮凝劑→精土。兩種方法的主要區(qū)別是添加種類較多的絮凝劑和反絮凝劑，因絮凝劑使脫水過(guò)程中的蒙脫石顆粒迅速聚集緊縮，比表面積變小，顆粒部分表面被絮凝劑覆蓋，使其固有的膨脹、吸附和粘接等性能降低，影響其在一些產(chǎn)品中的應(yīng)用，濕法能將蒙脫石含量提高到90%左右，但一些細(xì)小微粒用水沉淀不出來(lái)，且產(chǎn)量很低。經(jīng)純化后的膨潤(rùn)土可用于制備各種改型膨潤(rùn)土和復(fù)合納米材料等。

(2)膨潤(rùn)土的改性

I.膨潤(rùn)土的鈉化改型

自然界中膨潤(rùn)土的儲(chǔ)量以鈣基膨潤(rùn)土為最多、最廣泛。由于鈉離子比鈣離子有更強(qiáng)的水合作用，故鈉基膨潤(rùn)土比鈣基膨潤(rùn)土具有更優(yōu)越的物化性能，如吸水率大、膨脹倍數(shù)高、陽(yáng)離子交換容量大，膠體懸浮液觸變性、黏性、潤(rùn)滑性好，熱穩(wěn)定性好并具有較強(qiáng)的可塑性和粘接性等。故有時(shí)需將鈣基膨潤(rùn)土改型為鈉基膨潤(rùn)土以提高其經(jīng)濟(jì)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。

Na2CO3、NaOH及NaCI-NaOH體系成本較低、效果較好，是國(guó)內(nèi)目前用得最多的鈉化改型劑。鈉化改型鈣基膨潤(rùn)土的過(guò)程為：

這是一個(gè)可逆交換反應(yīng)，為了使反應(yīng)向右進(jìn)行，可提高[Na+]或降低[Ca2+]。當(dāng)[Na+]：[Ca2+]=2：1時(shí)，平衡左移，此時(shí)膨潤(rùn)土顯示鈣基膨潤(rùn)土的性質(zhì)；但當(dāng)[Na+]：[Ca2+]>2：1時(shí)，平衡右移，鈣基膨潤(rùn)土中Ca2+被溶液中的Na+所置換而生成鈉基膨潤(rùn)土，因此鈉化反應(yīng)是否能夠完全，關(guān)鍵在于鈉化方法和條件。

這種吸附-解吸平衡的移動(dòng)決定了膨潤(rùn)土以鈣基膨潤(rùn)土還是鈉基膨潤(rùn)土形式存在，同時(shí)也就決定了膨潤(rùn)土-水系統(tǒng)的懸浮性和穩(wěn)定性。

決定膨潤(rùn)土-水系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素是系統(tǒng)的ξ電位和顆粒分散度。提高膨潤(rùn)土的分整度能提高系統(tǒng)形成膠體的能力，即提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此應(yīng)盡量降低膨潤(rùn)土的粒度并使體系處于攪拌狀態(tài)。系統(tǒng)的ξ電位主要取決于膨潤(rùn)土吸附的陽(yáng)離子種類。在相同物質(zhì)的量濃度下，系統(tǒng)的ξ電位大小與陽(yáng)離子的種類關(guān)系正好與上述的陽(yáng)離子交換順序相反，即鈣基膨潤(rùn)土的ξ電位小于鈉基膨潤(rùn)土的ξ電位。系統(tǒng)的ξ電位越大，膠粒之間靜電斥力越大，相互聚焦沉淀可能性越小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越好，所以鈉基膨潤(rùn)土一般比鈣基膨潤(rùn)土有更好的懸浮穩(wěn)定性。正因?yàn)槿绱?，人們想提高鈣基膨潤(rùn)土涂料懸浮性的時(shí)候，往往預(yù)先要進(jìn)行鈉化處理，使之變?yōu)殁c基膨潤(rùn)土。

鈉化改型工藝有干法和濕法兩種。

①濕法改型工藝又稱懸浮液法，即將膨潤(rùn)土配成50%或更稀的礦漿，然后加入過(guò)量碳酸鈉等鈉化改型劑，在60～80℃左右攪拌1～2h即可。此法產(chǎn)品質(zhì)量比較穩(wěn)定，但產(chǎn)品脫水、干燥困難。

②干法是將碳酸鈉等鈉鹽加入膨潤(rùn)土中經(jīng)擠壓而成。常用干法加工工藝有：堆場(chǎng)法、輪碾法、雙螺旋混合擠壓法、螺旋阻流擠壓法等。

干法加工工藝應(yīng)用較廣泛：①胡茂焱等用氧化鎂、碳酸鈉聯(lián)合使鈣基膨潤(rùn)土鈉化改型的方法，開(kāi)辟了低級(jí)鈉土升級(jí)改造的新途徑；②管俊芳等用氟化鈉代替碳酸鈉作為改型劑，改型后膨脹容可達(dá)98mL/g，在工藝條件無(wú)改變、成本無(wú)大提高的情況下，取得了良好的效果，改變了目前改型鈉土質(zhì)量低、膨脹性差的狀況；③楊久義等用氟化鈉和碳酸鈉以1：n配比制備造紙廢水處理用混凝劑，用于堿法麥草漿黑液廢水絮凝，獲得良好效果。

I.鈣基膨潤(rùn)土的鋰化改型

用于鑄型涂料的懸浮劑有鈣基膨潤(rùn)土、鈉基膨潤(rùn)土、有機(jī)膨潤(rùn)土、鋰基膨潤(rùn)土以及聚乙烯醇縮丁醛、纖維素衍生物、硬脂酸鹽等。由于鈣基膨潤(rùn)土、鈉基膨潤(rùn)土不能在醇溶液中制成溶膠，制成的快干涂料懸浮性差，所以一般不適宣用來(lái)制造鑄型快干涂料。有機(jī)膨潤(rùn)土價(jià)格昂貴，而且使用前必須先用其他溶劑制成凝膠，當(dāng)使用量過(guò)多時(shí)，由于有機(jī)物的氧化使發(fā)氣量增大，難于保證鑄件質(zhì)量。聚乙烯醇縮丁醛不但價(jià)格高，而且在涂料點(diǎn)燃時(shí)容易起泡。因此，它也不宜單獨(dú)用于鑄型涂料的懸浮劑。纖維素衍生物涂料易燃、易爆、存放和運(yùn)輸不安全，且點(diǎn)燃時(shí)冒黑煙，也不是理想的懸浮劑。而鋰基膨潤(rùn)土作為懸浮劑的鑄型快干涂料，具有成本低、性能好、鑄件質(zhì)量高等一系列優(yōu)點(diǎn)，引起國(guó)內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注。經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)研究說(shuō)明，鋰基膨潤(rùn)土復(fù)合懸浮劑是醇基涂料懸浮劑的最佳選擇。

改性劑及改性機(jī)理：

根據(jù)蒙脫石的陽(yáng)離子交換能力，選用各種無(wú)機(jī)鋰鹽，如Li2CO3、LiCl、Li2SO4、Li2C2O4等，用Li+將膨潤(rùn)土中的可交換陽(yáng)離子Ca2+、Mg2+等置換出來(lái)，制備成鋰基膨潤(rùn)土。其反應(yīng)機(jī)理為

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