膨潤土的提純和改性

時間：2023-03-24 14:48:58來源：food欄目：食品快速檢測閱讀：

膨潤土的提純和改性

[db:作者] / 2023-01-03 00:00

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

(1)膨潤土的提純

膨潤土的提純方法有干法和濕法兩種。干法(風選)是目前國內外的主要選礦方法，該法適用于蒙脫石含量高(蒙脫石含量大于80%)、粒度較細而脈石礦物石英、長石較粗的礦石。其工藝流：膨潤土原礦→自然干燥→破碎→氣流干燥→風選分級→包裝。該法工藝流程簡便，處理量大，但產品質量不易控制。

濕法提純方式有2種：①200目礦粉→加水浸泡制漿→1級提純→2級提純→3級提純→脫水→干燥粉碎→精土；②小于100目礦粉→制漿(10%～20%)→沉淀懸浮液(棄去殘渣)→離心分離→高純度漿液(棄去細渣)→過濾→濾餅(70%水循環利用)→反絮凝劑→精土。兩種方法的主要區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，影響其在一些產品中的應用，濕法能將蒙脫石含量提高到90%左右，但一些細小微粒用水沉淀不出來，且產量很低。經純化后的膨潤土可用于制備各種改型膨潤土和復合納米材料等。

(2)膨潤土的改性

I.膨潤土的鈉化改型

自然界中膨潤土的儲量以鈣基膨潤土為最多、最廣泛。由于鈉離子比鈣離子有更強的水合作用，故鈉基膨潤土比鈣基膨潤土具有更優越的物化性能，如吸水率大、膨脹倍數高、陽離子交換容量大，膠體懸浮液觸變性、黏性、潤滑性好，熱穩定性好并具有較強的可塑性和粘接性等。故有時需將鈣基膨潤土改型為鈉基膨潤土以提高其經濟價值和應用價值。

Na2CO3、NaOH及NaCI-NaOH體系成本較低、效果較好，是國內目前用得最多的鈉化改型劑。鈉化改型鈣基膨潤土的過程為：

這是一個可逆交換反應，為了使反應向右進行，可提高[Na+]或降低[Ca2+]。當[Na+]：[Ca2+]=2：1時，平衡左移，此時膨潤土顯示鈣基膨潤土的性質；但當[Na+]：[Ca2+]>2：1時，平衡右移，鈣基膨潤土中Ca2+被溶液中的Na+所置換而生成鈉基膨潤土，因此鈉化反應是否能夠完全，關鍵在于鈉化方法和條件。

這種吸附-解吸平衡的移動決定了膨潤土以鈣基膨潤土還是鈉基膨潤土形式存在，同時也就決定了膨潤土-水系統的懸浮性和穩定性。

決定膨潤土-水系統穩定性的主要因素是系統的ξ電位和顆粒分散度。提高膨潤土的分整度能提高系統形成膠體的能力，即提高系統的穩定性。因此應盡量降低膨潤土的粒度并使體系處于攪拌狀態。系統的ξ電位主要取決于膨潤土吸附的陽離子種類。在相同物質的量濃度下，系統的ξ電位大小與陽離子的種類關系正好與上述的陽離子交換順序相反，即鈣基膨潤土的ξ電位小于鈉基膨潤土的ξ電位。系統的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，系統的穩定性就越好，所以鈉基膨潤土一般比鈣基膨潤土有更好的懸浮穩定性。正因為如此，人們想提高鈣基膨潤土涂料懸浮性的時候，往往預先要進行鈉化處理，使之變為鈉基膨潤土。

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，即將膨潤土配成50%或更稀的礦漿，然后加入過量碳酸鈉等鈉化改型劑，在60～80℃左右攪拌1～2h即可。此法產品質量比較穩定，但產品脫水、干燥困難。

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

干法加工工藝應用較廣泛：①胡茂焱等用氧化鎂、碳酸鈉聯合使鈣基膨潤土鈉化改型的方法，開辟了低級鈉土升級改造的新途徑；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98mL/g，在工藝條件無改變、成本無大提高的情況下，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.鈣基膨潤土的鋰化改型

用于鑄型涂料的懸浮劑有鈣基膨潤土、鈉基膨潤土、有機膨潤土、鋰基膨潤土以及聚乙烯醇縮丁醛、纖維素衍生物、硬脂酸鹽等。由于鈣基膨潤土、鈉基膨潤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制造鑄型快干涂料。有機膨潤土價格昂貴，而且使用前必須先用其他溶劑制成凝膠，當使用量過多時，由于有機物的氧化使發氣量增大，難于保證鑄件質量。聚乙烯醇縮丁醛不但價格高，而且在涂料點燃時容易起泡。因此，它也不宜單獨用于鑄型涂料的懸浮劑。纖維素衍生物涂料易燃、易爆、存放和運輸不安全，且點燃時冒黑煙，也不是理想的懸浮劑。而鋰基膨潤土作為懸浮劑的鑄型快干涂料，具有成本低、性能好、鑄件質量高等一系列優點，引起國內外同行的廣泛關注。經過大量的試驗研究說明，鋰基膨潤土復合懸浮劑是醇基涂料懸浮劑的最佳選擇。

改性劑及改性機理：

根據蒙脫石的陽離子交換能力，選用各種無機鋰鹽，如Li2CO3、LiCl、Li2SO4、Li2C2O4等，用Li+將膨潤土中的可交換陽離子Ca2+、Mg2+等置換出來，制備成鋰基膨潤土。其反應機理為

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