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最详细的膨润土的加工技术:提纯、改型、活化

文章出处:未知 人气:发表时间:2018-12-28
 目前,膨润土的加工技术主要是提纯、改型、活化、改性(有机土制备)。 (1)提纯 膨润土的选矿提纯方法可分为三种,即手选、风选(干法)和水选(湿法)。  
    手选主要用于原矿蒙脱石含量较高的膨润土。手选一般在采矿场进行,人工将矿石中的废石挑选出来。也可以根据应用领域的技术指标要求分地段、分层位采矿,分别堆放,单独加工。目前国内多用手选,加工流程如下:  原矿→干燥→磨粉→风选分级→包装  
    干燥一般分二段进行,先将矿石放在料场上进行自然干燥,使原矿水分从40%降到25%以下,然后进行粗破碎,破碎产品粒度为30~40mm。将破碎产物进一步干燥,一般采用气流干燥和流态化干燥。采用的干燥设备主要有流态化干燥机、回转百叶窗式烘干机、旋风式烘干机、回转干燥机等。烘干温度250℃以下,产品水分控制在小于6%~12%。烘干温度过高或烘干时间过长都会影响产品质量,甚至失去胶性。磨粉一般采用雷蒙磨,产品细度根据用户要求而定,一般为100~325目。粉磨后的产品用旋风器式分级机进行分级除砂(杂)后即得最终产品。  
欲获得高纯度膨润土或蒙脱石,或加工利用蒙脱石含量为30%~80%的中低品位膨润土资源,要采用湿选或湿法提纯工艺。  
    膨润土的湿法提纯工艺流程,将膨润土原矿破碎至小于5mm,加水搅拌制成含量为25%左右的矿浆,然后用螺旋分级机或其他水力分级机分离出粒度较粗的砂粒和碳酸盐矿物,剩余的悬浮液进入高速旋转的离心沉降分离机,如卧式螺旋卸料沉降式离心机,进一步分离细粒碳酸盐和长石等杂质,得到粒度小于5um,膨胀倍数20以上的高纯度蒙脱石或膨润土浆料或悬浮液,将这种浆料过滤、干燥和打散解聚后即得到高纯度膨润土产品。离心分离后的沉降物除了含有少部分细粒碳酸盐和长石等杂质外还含有较多的能够满足活性白土生产要求的膨润土,因此,将其与一定量的酸反应后可生产活性白土。      另一种湿法提纯方法是重偏磷酸盐法。该法是将膨润土矿浆加入到含有工业用六偏磷酸钠的稀溶液中,使杂质矿物迅速沉淀,再进行分离。具体工工艺过程如下:首先将膨润土制成矿浆,液固比为1.5~2,然后将矿浆打入计量器计量混合,同时加入六偏磷酸钠液,用量为膨润土质量的0.5%左右,为使膨润土迅速沉降,偏磷酸钠溶液浓度不宜过浓,混合好的矿浆进入沉淀器沉淀,沉砂即为杂质,悬浮物进一步分离、净化、烘干、解聚,即可获得高纯度膨润土。可重复采用多次沉淀,最终可得到蒙脱石含量99%以上的高纯度膨润土精矿。  
(2)改型 膨润土的改型是通过离子交换改变蒙脱石层间可交换阳离子的种类,达到改善或提高膨润土物化性能,尤其是钙基膨润土物化性能的目的。      钠基膨润土的物理性能优于钙基膨润土,所以钠基膨润土比钙基膨润土具有更高的应用价值和经济价值。然而,在自然界或膨润土矿床中钙基膨润土占主导地位,所以膨润土的钠化发型已成为膨润土的主要加工技术之一。  
对钙基膨润土进行钠化处理的一般方法是在钙基膨润土中加入钠盐(一般是Na2CO3),使其发生离子交换反应,Na+交换蒙脱石层间的Ca2+从而转换成钠基膨润土。改型方法有干法和湿法两种。  
    干法工艺是将膨润土粉碎至一定粒度后,加入一定量的Na2CO3充分混合和挤压,然后进行干燥和粉磨;也可在Na2CO3与膨润土充分混合后放置一定时间使其充分反应,再进行干燥和粉磨。湿法工艺是在膨润土与混Na2CO3合时入一定量的水,以使混合更加均匀,钠化更加完全。  
   膨润土钠化过程中,为了提高钠化效果,可加入少量助剂,如单宁酸等。     锂基膨润土能够在有机溶剂中成胶,代替有机膨润土,有较高的应用价值。但天然锂基膨润土的储量很少。因此,人工锂化是制备锂基膨润土的主要方法之一。  
   制备工工艺如下:将原土粉碎后和锂盐溶液混匀,使锂盐与膨润土充分进行交换反应,反应完毕,过滤干燥(温度小于120℃),最后磨粉包装。  
   制备锂基膨润土常用的锂盐为碳酸锂。反应过程中Li+置换了蒙脱石层中的Ca2+、Mg2+离子,并达到键合状态,使钙蒙脱石变成锂蒙脱石。其反应式为:  CaZ+2Li2+======Li2Z+Ca2+  
式中,Z代表带负电荷的硅酸盐骨架。  
(3)活化(制备活性白土)天然膨润土吸附能力较差,为提高其吸附性能必须进行活化,以满足食品、化工、环保、石油等应用领域的要求。经活化后的膨润土称为活性白土,颜色为灰白、粉红或白色。产品种类有粉状活性白土和粒状活性白土等,原则生产工艺基本相同,一般分为以下几道工序。  
    ①原料准备 将膨润土(一般为钙基膨润土)干燥至水分小于15%,去除夹石,粉碎至100~200目,已经风化的膨润土不必粉碎。如含砂量大,需去除砂粒。  
    ②酸化 通常用盐酸或硫酸活化,也可使用有机酸,对于含方解石的膨润土,最好采用盐酸活化。在膨润土浆料中加入一定量的酸,加温搅拌一定时间。影响活化效果的主要因素是酸的用量、矿浆浓度、活化时间、温度以及搅拌条件等。酸的用量一般约为300~600㎏/100㎏膨润土;水土比通常为0.8~1:1,活化温度50~100℃;反应时间视操作条件而定,一般为2~8h;活化时需要不断搅拌。      ③洗涤 活化完毕,要多次洗涤直到洗液呈中性为止。由于膨润土粒度细,不易沉降,为加速沉降,可加入适量高效絮凝剂。  
    ④过滤 采用压滤或真空吸滤工艺脱除洗涤后的活性白土浆液中的大部分水分。  
    ⑤干燥 通常要求干燥后产品的水分小于8%。  
    ⑥磨粉 一般使用雷蒙磨、振动磨等将干燥后的活性白土磨细至200目。如果干燥后的产品为粉体产品,则可以不再粉磨。  
    活性白土质量指标主要有活性度、脱色率或脱色力、游离酸、粒度、水分、机械夹杂物等。活性度反映了可交换H+和游离酸的量;脱色率反应了吸附作用的大小。目前对活性白土的脱色能力有两种表示方法,即脱色率和脱色力。  (4)改性(制备有机膨润土)上述的改型是用钠离子或锂离子置换蒙脱石中可交换的钙离子,活化实际上是用H+置换蒙脱石中可交换的钙离子或其他阳离子。改性是指用有机铵阳离子置换蒙脱石中的可交换阳离子。这种置换反应后的膨润土在有机溶剂中也能显示出优良的分散、膨胀、吸附、黏结和触变等特性,称之为有机膨润土。有机膨润土广泛应用于涂料、石油钻井、油墨、灭火剂、高温润滑剂等领域。  
有机膨润土的制备工艺可分为三种,即湿法、干法和预凝胶法。     湿法工艺的原则工艺流程是:  
   原土→粉碎→制浆→提纯→改型或活化→有机覆盖→过滤→干燥→打散解聚→包装
 从原理上讲,各种黏土矿物,包括蒙脱石、皂石等都可作为有机土原料,但以钠基膨润土和锂基膨润土为好。作为有机土原料,可交换阳离子的数量应尽可能高。为提高原土的阳离子交换容量,对于钙基膨润土和阳离子交换容量较低的钠基膨润土,必须首先进行改型处理。为了增强膨润土与有机覆盖剂的作用,在覆盖之前,一般用无机酸或氢离子交换树脂对膨润土进行活化预处理。  
   ④有机覆盖 将矿浆含量5%左右的矿浆,加热到38~80℃,在不断搅拌下,缓缓加入有机覆盖剂,再连续搅拌30~60min,使其充分反应。  
反应完毕,停止加热和搅拌,将悬浮液洗涤过滤、干燥和打散解聚,即得有机膨润土产品。  
    干法生产有机膨润土的原则工艺流程是:  精选钠基膨润土→加热混合→挤压→干燥→解聚  
将含水量20%~30%的精选钠基膨润土与有机覆盖剂直接混合,用专门的加热混合器混合均匀,再加以挤压,制成含有一定水分的有机膨润土。可将该水有机膨润土进一步干燥和打散解聚为粉状产品,也可以将其直接分散于有机溶剂中,制成凝胶或乳胶体产品。  
    预凝胶法制备有机膨润土的原则工艺流程是:  
原土→粉碎→分散制浆→改型提纯→有机覆盖→抽提水分→加热脱水→预凝胶产品  
将粉碎后的原土进行分散制浆、改型提纯,然后进行有机覆盖。在有机覆盖过程中,加入疏水有机溶剂(如矿物油),将疏水的有机膨润土覆合物萃取进入有机相,分离出水相,再蒸发除去残留水分,直接制成膨润土预凝胶。  制备有机膨润土常用的有机覆盖剂是长链有机铵盐,尤其是季铵盐,如甲基苄基二氢化牛脂氯化胺、甲基苄基椰子油酸氯化铵、二甲基双十八烷基氯化铵、十八烷基二甲基苄基氯化胺等。  
影响有机膨润土质量的指标的主要因素有膨润土的质量(类型、纯度、交换容量等),有机覆盖剂的结构、用量、用法、制备工艺条件(矿浆浓度、反应温度、反应时间等)。  
    有机膨润土原料要求含砂量小、阳离子交换容量高,通常阳离子交换容量和纯度成正比关系。此外,可交换阳离子的种类也对有机膨润土的质量有很大影响。一般来说,应选用纯度高、交换容量大、可交换钠离子数量多的优质钠基膨润土作为有机膨润土的原料。但是,天然产出的膨润土不同程度地存在杂质,因此,提纯工艺对有机膨润土的质量有重要影响。另外,同一膨润土原料在覆盖前用不同的改型剂或活化剂处理也对膨润土的阳离子交换容量及活性产生重要影响,从而影响有机膨润土的质量。  
    有机覆盖剂的结构、用量、用法直接影响有机膨润土的质量。有机覆盖剂的结构类型和碳链长度不同,亲油性有明显差别,因而直接影响有机膨润土的应用性能和用途。有机铵盐对蒙脱石的亲和力和其分子量有关,分子量愈大,愈易为蒙脱石吸附,这是因为高级铵盐除和蒙脱石中的可交换阳离子交换反应外,还兼有分子吸附作用。因此,制备有机膨润土选用的季铵盐,其长链烷基碳原子数般应大于12。研究表明,在制备有机膨润土时,混合使用两种以上的覆盖剂,在某些性能和用途方面较使用单一覆盖剂的效果要好。      有机膨润土悬浮液的稳定性和覆盖剂用量有很大关系。当覆盖剂用量和蒙脱石的阳离子交换容量相等时,可交换阳离子全部被有机铵盐离子交换出来,此时悬浮液的黏度最大,如继续增加有机覆盖剂的用量,悬浮液黏度变小。因此,覆盖剂用量应适当,以满足阳离子交换容量为原则,达大和过小都不能获得最大的黏度值。  
制备有机膨润土时,矿浆浓度以膨润土的充分分散为最佳,过高的农度导致膨润土分散不开,影响其与有机胺盐离子的交换反应,过低的浓度虽有助于分散,但耗水量大,使生产成本增加。  
    温度是影响有机铵阳离子与膨润土中可交换阳离子进行交换反应的重要因素,因此,温度一定要适当。一般最佳温度为65℃左右。  
    反应时间一般与矿浆浓度、反应温度等有关,从0.5h至数小时不等,最佳的反应时间最好在其他工艺条件已确定的基础上通过试验来确定。

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