對(duì)吉林磐石鈣基膨潤(rùn)土鈉化改型研究

姜 巍

1.吉林省第一地質(zhì)調(diào)查所，吉林 長(zhǎng)春 130033；2.吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130061

我國(guó)膨潤(rùn)土的儲(chǔ)量居世界首位，占世界總量的60%。據(jù)中國(guó)非金屬礦信息網(wǎng)資料顯示：中國(guó)膨潤(rùn)土礦資源非常豐富，猜測(cè)資源量在70 億噸以上。其中，鈉基膨潤(rùn)土具有很好的膨潤(rùn)性和陽(yáng)離子交換性，已被廣泛地應(yīng)用于冶金、機(jī)械、石油、化工和環(huán)境保護(hù)等眾多領(lǐng)域，而且還是生產(chǎn)許多膨潤(rùn)土深加工產(chǎn)品的基礎(chǔ)原料。但是，我國(guó)天然產(chǎn)出的鈉基膨潤(rùn)土卻很少，絕大多數(shù)為鈣基膨潤(rùn)土，世界上也日趨枯竭。利用資源豐富的鈣基膨潤(rùn)土, 用改性膨潤(rùn)土（以下簡(jiǎn)稱(chēng)改型鈉土） 代替天然優(yōu)質(zhì)鈉土具有重大意義。國(guó)內(nèi)外采用多種改性或鈉化方法, 一些成本偏高,一些工藝復(fù)雜, 使用范圍受到限制, 所以對(duì)鈣基土的鈉化改型的方法研究很有必要。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料組成與物化性能

本次實(shí)驗(yàn)所用膨潤(rùn)土是我所的膨潤(rùn)土原礦。該膨潤(rùn)土原礦品位中等, 對(duì)天然膨潤(rùn)土進(jìn)行了x 射線(xiàn)衍射分析, 結(jié)果表明, 礦石礦物主要成分為蒙脫石,其次為少量的長(zhǎng)石和石英等。Ca2＋、Mg2＋質(zhì)量分?jǐn)?shù)比Na＋、K＋質(zhì)量分?jǐn)?shù)高很多。由X 射線(xiàn)衍射圖得知, 蒙脫石（001） 面的d 值為1 154 921 nm , 屬較典型的鈣基膨潤(rùn)土（圖1）。

鈉化劑的選取大多是采用較常見(jiàn)的鈉鹽,如Na2CO3,NaCl,六偏磷酸鈉和NaOH,還有焦磷酸鈉和多聚磷酸鈉等。山東理工大學(xué)的潘嘉芬認(rèn)為,Na2CO3,NaCl 和六偏磷酸鈉3 種改性劑均能不同程度地提高膨潤(rùn)土的膨脹容和膨潤(rùn)值。其中,NaCl的改性效果較碳酸鈉稍差,但氯化鈉價(jià)格低、產(chǎn)品沉降速度比碳酸鈉改性的膨潤(rùn)土稍快,因此更適用于作污染物的吸附劑使用。六偏磷酸鈉改性后,產(chǎn)品沉降速度非常慢,影響后續(xù)產(chǎn)品的過(guò)濾脫水操作過(guò)程,因此不宜采用。

1.2 鈉化方法及流程

鈣膨潤(rùn)土鈉化的化學(xué)反應(yīng)是一個(gè)鹽基交換反應(yīng)。一般在水的存在下交換反應(yīng)比在干燥環(huán)境中好。由于水化作用而形成了一個(gè)隔水膜, 包裹著顆粒內(nèi)部未鈉化的鈣土, 如果這一層水化膜不能及時(shí)剝離掉,就會(huì)影響里層的鈉化。導(dǎo)致“夾生”現(xiàn)象和大量未反應(yīng)的游離碳酸鈉存在, 二者對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量

圖1 天然樣品x射線(xiàn)衍射Fig.1 Natural X ray diffraction

和泥漿性能都有不利的影響。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, 也就是所用的改性設(shè)備和工藝本次實(shí)驗(yàn)采用的鈉化方法為半干法往膨潤(rùn)土干料中加入溶解的鈉鹽, 借助外加的高能量機(jī)械力的擠壓, 將Na＋強(qiáng)制引入蒙脫石層間。鈉化改性劑主要是碳酸鈉。也可以用焦磷酸鈉、氫氧化鈉、醋酸鈉、草酸鈉、氯化鈉、氟化鈉等, 但這些鈉鹽, 有的價(jià)格太貴, 有的效果不好。本次實(shí)驗(yàn)鈉化劑分別采用碳酸鈉（Na2CO3） 、氯化鈉（NaCl）。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

羅太安等在廣豐膨潤(rùn)土鈉化改型研究中,趙兵在鈉基膨潤(rùn)土的制備中分別用懸浮法采用NaC1 進(jìn)行了鈉化改型研究, 效果不錯(cuò), 我們采用了Na2CO3、NaCl 進(jìn)行鈉化處理。

表2 氯化鈉改性膨脹容測(cè)試結(jié)果Table 2 Test results of sodium chloride modified swelling capacity

改性劑： 氯化鈉、碳酸鈉；

改性劑用量： 土∶鹽=100：1；100 ∶2；100∶3。

含水量： 土質(zhì)量分?jǐn)?shù)的30%～35%。

操作： 常溫，將鈉鹽溶于定量水中之后與土混合，擠壓至均勻，密封不同時(shí)間，90～100 ℃條件下干燥，粉碎。

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果如表2、表3、表4。

3 熱分析結(jié)論

0 原土在90～150 ℃之間有兩個(gè)吸熱峰，是蒙脫石脫出層間水的吸熱效應(yīng)，屬于典型的鈣基土，伴隨失重。

表3 碳酸鈉改性膨脹容測(cè)試結(jié)果Table 3 Test results of sodium carbonate modified swelling capacity

表4 碳酸鈉改性膠質(zhì)價(jià)測(cè)試結(jié)果Table 4 Test results of sodium carbonate modified colloid valency

1-1 和2-1 在100 ℃左右的吸熱峰為脫層間水所致，伴隨失重，第二個(gè)吸熱峰已經(jīng)明顯減小，說(shuō)明，鈣基土的特征已經(jīng)不顯著，鈉化有效果。

1-2、1-3、2-2、2-3 樣品在100 ℃左右僅有一個(gè)脫水吸熱峰，無(wú)鈣基土特征，實(shí)現(xiàn)了鈉化改性。

常溫空氣中存放含水率12%～16%左右。

結(jié)果表明：改性劑采用碳酸鈉效果明顯優(yōu)于氯化鈉；1%～2%的碳酸鈉陳化40 h 就可以獲得性能滿(mǎn)足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的鈉基土。

1%與2%等量混合樣品的膨脹容為24.50 mL/g。水分8.7%。膠質(zhì)價(jià)大于100 mL/15g。

4 結(jié)論

（1） 我所膨潤(rùn)土原礦品位中等（蒙托石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.68%） , 為典型的鈣基膨潤(rùn)土； 我所批量鈉化土產(chǎn)品達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)要求,但我所希望提高生產(chǎn)效率。（2） Na2CO3的改型效果是最好的。Na2CO3添加量為3%時(shí), 膨脹容和膠質(zhì)價(jià)最高, 達(dá)到了工業(yè)要求。隨著NaCl 加入量增加, 膨脹容、膠質(zhì)價(jià)都不同程度的有所降低, 均沒(méi)有達(dá)到工業(yè)要求。

（3） 陳化時(shí)間控制在88 h。

（4） 采用濕樣法和干樣法改土都達(dá)到工業(yè)要求, 但干樣法改型不徹底, 改土屬于鈉鈣基膨潤(rùn)土。

（5） 該實(shí)驗(yàn)效果已經(jīng)達(dá)到了工業(yè)要求, 改善了原礦的各項(xiàng)指標(biāo), 并且為我所膨潤(rùn)土礦生產(chǎn)創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 張 敏, 劉 濤, 張一敏. 低品位鈣基膨潤(rùn)土改型研究[J].礦產(chǎn)綜合利用， 2005（,1）.