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最詳細的膨潤土的加工技術:提純、改型、活化

文章出處:本站 人氣:發表時間:2018-12-28 05:32:54
 目前,膨潤土的加工技術主要是提純、改型、活化、改性(有機土制備)。 (1)提純 膨潤土的選礦提純方法可分為三種,即手選、風選(干法)和水選(濕法)。  
    手選主要用于原礦蒙脫石含量較高的膨潤土。手選一般在采礦場進行,人工將礦石中的廢石挑選出來。也可以根據應用領域的技術指標要求分地段、分層位采礦,分別堆放,單獨加工。目前國內多用手選,加工流程如下:  原礦→干燥→磨粉→風選分級→包裝  
    干燥一般分二段進行,先將礦石放在料場上進行自然干燥,使原礦水分從40%降到25%以下,然后進行粗破碎,破碎產品粒度為30~40mm。將破碎產物進一步干燥,一般采用氣流干燥和流態化干燥。采用的干燥設備主要有流態化干燥機、回轉百葉窗式烘干機、旋風式烘干機、回轉干燥機等。烘干溫度250℃以下,產品水分控制在小于6%~12%。烘干溫度過高或烘干時間過長都會影響產品質量,甚至失去膠性。磨粉一般采用雷蒙磨,產品細度根據用戶要求而定,一般為100~325目。粉磨后的產品用旋風器式分級機進行分級除砂(雜)后即得最終產品。  
欲獲得高純度膨潤土或蒙脫石,或加工利用蒙脫石含量為30%~80%的中低品位膨潤土資源,要采用濕選或濕法提純工藝。  
    膨潤土的濕法提純工藝流程,將膨潤土原礦破碎至小于5mm,加水攪拌制成含量為25%左右的礦漿,然后用螺旋分級機或其他水力分級機分離出粒度較粗的砂粒和碳酸鹽礦物,剩余的懸浮液進入高速旋轉的離心沉降分離機,如臥式螺旋卸料沉降式離心機,進一步分離細粒碳酸鹽和長石等雜質,得到粒度小于5um,膨脹倍數20以上的高純度蒙脫石或膨潤土漿料或懸浮液,將這種漿料過濾、干燥和打散解聚后即得到高純度膨潤土產品。離心分離后的沉降物除了含有少部分細粒碳酸鹽和長石等雜質外還含有較多的能夠滿足活性白土生產要求的膨潤土,因此,將其與一定量的酸反應后可生產活性白土。      另一種濕法提純方法是重偏磷酸鹽法。該法是將膨潤土礦漿加入到含有工業用六偏磷酸鈉的稀溶液中,使雜質礦物迅速沉淀,再進行分離。具體工工藝過程如下:首先將膨潤土制成礦漿,液固比為1.5~2,然后將礦漿打入計量器計量混合,同時加入六偏磷酸鈉液,用量為膨潤土質量的0.5%左右,為使膨潤土迅速沉降,偏磷酸鈉溶液濃度不宜過濃,混合好的礦漿進入沉淀器沉淀,沉砂即為雜質,懸浮物進一步分離、凈化、烘干、解聚,即可獲得高純度膨潤土??芍貜筒捎枚啻纬恋?,最終可得到蒙脫石含量99%以上的高純度膨潤土精礦。  
(2)改型 膨潤土的改型是通過離子交換改變蒙脫石層間可交換陽離子的種類,達到改善或提高膨潤土物化性能,尤其是鈣基膨潤土物化性能的目的。      鈉基膨潤土的物理性能優于鈣基膨潤土,所以鈉基膨潤土比鈣基膨潤土具有更高的應用價值和經濟價值。然而,在自然界或膨潤土礦床中鈣基膨潤土占主導地位,所以膨潤土的鈉化發型已成為膨潤土的主要加工技術之一。  
對鈣基膨潤土進行鈉化處理的一般方法是在鈣基膨潤土中加入鈉鹽(一般是Na2CO3),使其發生離子交換反應,Na+交換蒙脫石層間的Ca2+從而轉換成鈉基膨潤土。改型方法有干法和濕法兩種。  
    干法工藝是將膨潤土粉碎至一定粒度后,加入一定量的Na2CO3充分混合和擠壓,然后進行干燥和粉磨;也可在Na2CO3與膨潤土充分混合后放置一定時間使其充分反應,再進行干燥和粉磨。濕法工藝是在膨潤土與混Na2CO3合時入一定量的水,以使混合更加均勻,鈉化更加完全。  
   膨潤土鈉化過程中,為了提高鈉化效果,可加入少量助劑,如單寧酸等。     鋰基膨潤土能夠在有機溶劑中成膠,代替有機膨潤土,有較高的應用價值。但天然鋰基膨潤土的儲量很少。因此,人工鋰化是制備鋰基膨潤土的主要方法之一。  
   制備工工藝如下:將原土粉碎后和鋰鹽溶液混勻,使鋰鹽與膨潤土充分進行交換反應,反應完畢,過濾干燥(溫度小于120℃),最后磨粉包裝。  
   制備鋰基膨潤土常用的鋰鹽為碳酸鋰。反應過程中Li+置換了蒙脫石層中的Ca2+、Mg2+離子,并達到鍵合狀態,使鈣蒙脫石變成鋰蒙脫石。其反應式為:  CaZ+2Li2+======Li2Z+Ca2+  
式中,Z代表帶負電荷的硅酸鹽骨架。  
(3)活化(制備活性白土)天然膨潤土吸附能力較差,為提高其吸附性能必須進行活化,以滿足食品、化工、環保、石油等應用領域的要求。經活化后的膨潤土稱為活性白土,顏色為灰白、粉紅或白色。產品種類有粉狀活性白土和粒狀活性白土等,原則生產工藝基本相同,一般分為以下幾道工序。  
    ①原料準備 將膨潤土(一般為鈣基膨潤土)干燥至水分小于15%,去除夾石,粉碎至100~200目,已經風化的膨潤土不必粉碎。如含砂量大,需去除砂粒。  
    ②酸化 通常用鹽酸或硫酸活化,也可使用有機酸,對于含方解石的膨潤土,最好采用鹽酸活化。在膨潤土漿料中加入一定量的酸,加溫攪拌一定時間。影響活化效果的主要因素是酸的用量、礦漿濃度、活化時間、溫度以及攪拌條件等。酸的用量一般約為300~600㎏/100㎏膨潤土;水土比通常為0.8~1:1,活化溫度50~100℃;反應時間視操作條件而定,一般為2~8h;活化時需要不斷攪拌。      ③洗滌 活化完畢,要多次洗滌直到洗液呈中性為止。由于膨潤土粒度細,不易沉降,為加速沉降,可加入適量高效絮凝劑。  
    ④過濾 采用壓濾或真空吸濾工藝脫除洗滌后的活性白土漿液中的大部分水分。  
    ⑤干燥 通常要求干燥后產品的水分小于8%。  
    ⑥磨粉 一般使用雷蒙磨、振動磨等將干燥后的活性白土磨細至200目。如果干燥后的產品為粉體產品,則可以不再粉磨。  
    活性白土質量指標主要有活性度、脫色率或脫色力、游離酸、粒度、水分、機械夾雜物等?;钚远确从沉丝山粨QH+和游離酸的量;脫色率反應了吸附作用的大小。目前對活性白土的脫色能力有兩種表示方法,即脫色率和脫色力。  (4)改性(制備有機膨潤土)上述的改型是用鈉離子或鋰離子置換蒙脫石中可交換的鈣離子,活化實際上是用H+置換蒙脫石中可交換的鈣離子或其他陽離子。改性是指用有機銨陽離子置換蒙脫石中的可交換陽離子。這種置換反應后的膨潤土在有機溶劑中也能顯示出優良的分散、膨脹、吸附、黏結和觸變等特性,稱之為有機膨潤土。有機膨潤土廣泛應用于涂料、石油鉆井、油墨、滅火劑、高溫潤滑劑等領域。  
有機膨潤土的制備工藝可分為三種,即濕法、干法和預凝膠法。     濕法工藝的原則工藝流程是:  
   原土→粉碎→制漿→提純→改型或活化→有機覆蓋→過濾→干燥→打散解聚→包裝
 從原理上講,各種黏土礦物,包括蒙脫石、皂石等都可作為有機土原料,但以鈉基膨潤土和鋰基膨潤土為好。作為有機土原料,可交換陽離子的數量應盡可能高。為提高原土的陽離子交換容量,對于鈣基膨潤土和陽離子交換容量較低的鈉基膨潤土,必須首先進行改型處理。為了增強膨潤土與有機覆蓋劑的作用,在覆蓋之前,一般用無機酸或氫離子交換樹脂對膨潤土進行活化預處理。  
   ④有機覆蓋 將礦漿含量5%左右的礦漿,加熱到38~80℃,在不斷攪拌下,緩緩加入有機覆蓋劑,再連續攪拌30~60min,使其充分反應。  
反應完畢,停止加熱和攪拌,將懸浮液洗滌過濾、干燥和打散解聚,即得有機膨潤土產品。  
    干法生產有機膨潤土的原則工藝流程是:  精選鈉基膨潤土→加熱混合→擠壓→干燥→解聚  
將含水量20%~30%的精選鈉基膨潤土與有機覆蓋劑直接混合,用專門的加熱混合器混合均勻,再加以擠壓,制成含有一定水分的有機膨潤土??蓪⒃撍袡C膨潤土進一步干燥和打散解聚為粉狀產品,也可以將其直接分散于有機溶劑中,制成凝膠或乳膠體產品。  
    預凝膠法制備有機膨潤土的原則工藝流程是:  
原土→粉碎→分散制漿→改型提純→有機覆蓋→抽提水分→加熱脫水→預凝膠產品  
將粉碎后的原土進行分散制漿、改型提純,然后進行有機覆蓋。在有機覆蓋過程中,加入疏水有機溶劑(如礦物油),將疏水的有機膨潤土覆合物萃取進入有機相,分離出水相,再蒸發除去殘留水分,直接制成膨潤土預凝膠。  制備有機膨潤土常用的有機覆蓋劑是長鏈有機銨鹽,尤其是季銨鹽,如甲基芐基二氫化牛脂氯化胺、甲基芐基椰子油酸氯化銨、二甲基雙十八烷基氯化銨、十八烷基二甲基芐基氯化胺等。  
影響有機膨潤土質量的指標的主要因素有膨潤土的質量(類型、純度、交換容量等),有機覆蓋劑的結構、用量、用法、制備工藝條件(礦漿濃度、反應溫度、反應時間等)。  
    有機膨潤土原料要求含砂量小、陽離子交換容量高,通常陽離子交換容量和純度成正比關系。此外,可交換陽離子的種類也對有機膨潤土的質量有很大影響。一般來說,應選用純度高、交換容量大、可交換鈉離子數量多的優質鈉基膨潤土作為有機膨潤土的原料。但是,天然產出的膨潤土不同程度地存在雜質,因此,提純工藝對有機膨潤土的質量有重要影響。另外,同一膨潤土原料在覆蓋前用不同的改型劑或活化劑處理也對膨潤土的陽離子交換容量及活性產生重要影響,從而影響有機膨潤土的質量。  
    有機覆蓋劑的結構、用量、用法直接影響有機膨潤土的質量。有機覆蓋劑的結構類型和碳鏈長度不同,親油性有明顯差別,因而直接影響有機膨潤土的應用性能和用途。有機銨鹽對蒙脫石的親和力和其分子量有關,分子量愈大,愈易為蒙脫石吸附,這是因為高級銨鹽除和蒙脫石中的可交換陽離子交換反應外,還兼有分子吸附作用。因此,制備有機膨潤土選用的季銨鹽,其長鏈烷基碳原子數般應大于12。研究表明,在制備有機膨潤土時,混合使用兩種以上的覆蓋劑,在某些性能和用途方面較使用單一覆蓋劑的效果要好。      有機膨潤土懸浮液的穩定性和覆蓋劑用量有很大關系。當覆蓋劑用量和蒙脫石的陽離子交換容量相等時,可交換陽離子全部被有機銨鹽離子交換出來,此時懸浮液的黏度最大,如繼續增加有機覆蓋劑的用量,懸浮液黏度變小。因此,覆蓋劑用量應適當,以滿足陽離子交換容量為原則,達大和過小都不能獲得最大的黏度值。  
制備有機膨潤土時,礦漿濃度以膨潤土的充分分散為最佳,過高的農度導致膨潤土分散不開,影響其與有機胺鹽離子的交換反應,過低的濃度雖有助于分散,但耗水量大,使生產成本增加。  
    溫度是影響有機銨陽離子與膨潤土中可交換陽離子進行交換反應的重要因素,因此,溫度一定要適當。一般最佳溫度為65℃左右。  
    反應時間一般與礦漿濃度、反應溫度等有關,從0.5h至數小時不等,最佳的反應時間最好在其他工藝條件已確定的基礎上通過試驗來確定。

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