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  • 技術進展
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    膨潤土改性與提純技術及研究進展
    來源:中國粉體技術網    更新時間:2022-12-08 15:14:11    瀏覽次數:
     
      膨潤土是一種以蒙脫石為主要成分的非金屬礦產。因其具有優良性能、資源豐富、環境友好以及應用領域廣等特點,成為名副其實的“萬能土”。
      
      截至2018年年底,我國膨潤土儲量為29.96億噸。國內已探明的儲量占世界膨潤土總儲量的60%左右,主要分布地有:廣西、新疆、內蒙古、江蘇、河北、湖北、山東和安徽等地區。在我國,膨潤土的種類比較豐富,其中,鈣基膨潤土的占比是最大的,約占80%;鈉基膨潤土以及其他類型的膨潤土占比相對比較少。廣西、新疆、內蒙古三地的膨潤土資源儲量位居我國前三,資源儲量分別為26.1%、13.9%和8.5%。我國最大的膨潤土礦區位于廣西壯族自治區寧明縣,該礦區資源儲量約6.1億噸。
      
      1、膨潤土改性
      
      膨潤土的改性,即通過焙燒或使用酸、無機鹽、有機物等手段,改變膨潤土組成成分以改變膨潤土的理化性能。目前在膨潤土改性方面很多人做了研究,并且改性后的膨潤土其理化性能大大提高。
      
     ?。?)鈉化改性
      實踐證明,鈉基膨潤土在工藝性能上的表現優于鈣基膨潤土。鈉化改性的原理是采用含鈉試劑與鈣基膨潤土層間的陽離子發生替換,常用的鈉化劑有碳酸鈉、醋酸鈉、氫氧化鈉、焦磷酸鈉等。在實際應用中,中小型企業多采用挖機混合膨潤土與純堿后堆放陳化,致使鈉化穩定性差,若引入物聯網技術施行在線監測與控制,可穩定鈉化過程。
      
      閆碧瑩以鈉型陽離子交換樹脂作為鈉化劑對天然鈣基膨潤土進行鈉化處理,在水浴加熱與離心的同時也進行了提純,制備出高品質鈉基蒙脫石:鈉基蒙脫石懸浮液CEC為85.39mmol/100g,吸藍量為64.78/100g。
      
     ?。?)酸化改性
      
      利用不同濃度的酸以及不同種類的酸,在比較適宜條件下對膨潤土進行處理。酸化過程中,膨潤土結構層間的陽離子被H+取代,結構片層間距變大,提高了酸化膨潤土的吸附能力。常用酸化劑有硫酸、鹽酸、醋酸等。
      
     ?。?)有機改性
      
      膨潤土層間已吸附的陽離子被有機物長碳鏈或其官能團替代,得到有機復合膨潤土。當有機物長碳鏈或其官能團進入到膨潤土晶體結構層間,增大了層間距,胡智強等人以吉米奇表面活性劑對某天然膨潤土進行有機改性,其層間距可增大至2.09nm,并且在投土量為0.6g/L、60℃、吸附時間為9min、pH=4的條件下,吸附染料的去除率達93.68%。
      
     ?。?)焙燒改性
      
      將膨潤土在較高溫度下進行焙燒(小于550℃),膨潤土依次失去表面自由水、層間吸附水以及結構中的結合水,同時膨潤土中的部分雜質也會伴隨水分的蒸發而被剔除,使得膨潤土結構更為疏松,提高了膨潤土的吸附能力。
      
     ?。?)復合改性
      
      同時使用兩種及以上處理劑對膨潤土進行改性處理,改性后的膨潤土具有顯著的優良特性。單一改性處理劑獲得的改性膨潤土存在一定的缺陷,例如,膨潤土酸活化后,盡管其所含雜質較少并且活性、吸附能力有所提高,但是酸活化過程不容易被控制,且容易造成酸用量過多的問題;膨潤土經過有機改性后,對于有機物質有好的吸附效果,但是比表面積小,熱穩定性差。
      
      王曉紅等人使用十六烷基三甲基溴化銨、四乙氧基硅烷對膨潤土進行復合改性后吸附甲基橙,結果顯示:常溫下,甲基橙初始質量濃度為200mg/L,初始pH為3.1~4.6時,甲基橙的去除率接近100%。
      
      2、膨潤土提純
      
      純質膨潤土是較為稀少的,大多數膨潤土中常常夾雜著不等量的雜質,這些雜質主要是石英、長石、云母、高嶺石等。通常情況下,膨潤土的顏色為白色,若是其中夾雜著顯色元素,諸如鐵元素等,膨潤土也會呈現淺紅色、磚紅色等,蒙脫石的含量是衡量膨潤土品質高低的一項重要指標,因此膨潤土的提純受到了人們的廣泛關注。
      
     ?。?)風選法
      
      利用膨潤土中蒙脫石與其他雜質的密度不同,土粉與空氣混合成流態,經分級離心機與風機抽力的作用下實現比重大的礦物雜質(細沙等)與目的顆粒的分離。這種方法也要求膨潤土中蒙脫石含量大于80%。
      
     ?。?)水力旋流器法
      
      利用不同粒度的顆粒在水力旋流器中的沉降速度上的差異,實現目的顆粒與雜質的分離,達到提純膨潤土的目的,但對于細粒石英以及水溶性鹽等雜質,旋流器的去除效果有限;
      
     ?。?)自由沉降法
      
      原理是基于斯托克斯沉降公式,將膨潤土制備成漿體,蒙脫石遇水吸水后發生膨脹,所受浮力比雜質所受的浮力大,因而能夠使得蒙脫石與雜質分離,達到提純膨潤土的目的,但此法所需沉降時間長、漿液界面不清易造成質量不穩定等問題,而且當膨潤土中雜質粒度過細時,這種提純方法的效果也不好。
      
     ?。?)化學提純法
      
      利用恰當的化學試劑(如NaOH)與膨潤土中的雜質(如石英)反應,使得雜質進入外界溶液中,實現蒙脫石與雜質的分離,達到提純的目的。尤其在處理一些細粒雜質時,效果甚好。
      
      資料來源:《吳雪蘭,張洋洋,龍紅明,等.淺述優質礦物材料膨潤土[J].科技視界,2022(15):48-51》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請注明出處!
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