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膨润土中胶质价的意义,膨润土的提纯技术

来源:www.glhongcheng.com  作者:桂林鸿程 时间2015-10-30 16:28

  膨润土与水按比例混合后,加适量氧化镁,使其凝聚形成的凝胶体的体积,称为胶质价。以15克样形成的凝胶体积的毫升数表示。胶质价显示试样颗粒分散与水化程度,是分散性、亲水性和膨胀性的综合表现,它的大小与膨润土矿的属型和蒙脱石含量密切相关,钠基比钙基、酸性膨润土的胶质价高,同一属型的膨润土,含蒙脱石愈多,胶质价愈高。所以,胶质价是鉴定膨润土矿石属型和估价膨润土质量的技术指标之一。
  (一)主要仪器与试剂
  l、带塞量筒(100毫升,直径约25毫米) 2、氧化镁(轻质、盒装,上海化学原料厂产)
  (二)操作步骤
  l、称取15. 00克试样于已加入50—60毫升水的100毫升的带塞量筒内,再加水至90毫升左右。2、盖紧塞子,摇晃5分钟左右,使试样充分散开与水混匀,在光亮处肉眼观察,无明显颗粒团块即可。如未分散好,继续摇至全部散开为止。3、打开塞子,加入1.00克氧化镁,加水至100毫升处,再盖上塞子,摇晃3分钟。4、将量筒放置于不受振动的台面上,静置24小时,读出凝胶体界面的刻度值,即为胶质价,以毫升/15克土表示。
  (三)讨论
   l、氧化镁于空气中,容易吸收二氧化碳而变质,故应保存于密闭瓶或干燥器内。2、摇动是为了使试样充分散开,与水混匀。不论采用手工或其它操作,均应使试样在水中充分散开甚是关键。3、某些高胶体性能的膨润土,3克土样(加氧化镁0.2克)即可达到接近100毫升,这类土样的胶质价为3克土样的量筒刻度读数×5。

      膨润土的提纯技术 

      由于天然膨润土一般品位低,如用于高档商品必须提纯。提纯后的膨润土按纯度可分为通用型提纯膨润土(蒙脱石含量80%左右)、高纯度提纯膨润土(蒙脱石含量90%左右)、蒙脱石(蒙脱石含量大于96%)。制备纳米级蒙脱土的膨润土,应是蒙脱石含量>95%。纳米级有机膨润土蒙脱土,要求膨润土蒙脱石纯度在98%以上。高纯度提纯膨润土是纳米级膨润土的前提。蒙脱石是由厚度为9.6Å(10Å=1nm)的单元结构层叠置而成的层状铝(镁)硅酸盐矿物,运用高技术,经深加工能使其分离成单元层,即为纳米级蒙脱石,其C轴厚度为纳米量级,而其a、b轴的延展宽度可达200-2000nm。由于其具一维纳米薄层结构和易分散、能吸附阳离子等特性,通过与高分子聚合物的结合,能形成高强度、高阻隔性和高韧性的复合材料。
1提纯技术 

      研制膨润土高档产品首先必须去掉杂质,提高蒙脱石含量,蒙脱石纯度通常是研制高档产品的关键,提纯方法难易程度直接关系到生产工艺流程和生产的可行性。       目前,膨润土选矿加工方法有干法、湿法两种。       干法分选适用于原矿品位高,生产能力大的矿山。       湿法选矿加工方法主要用于低品位原矿的选别和提纯。 

      湿法选矿加工主要工艺过程为:破碎----钠化改型----制浆----沉降分离----脱水干燥。 

      目前能被认可的提纯方法是能够在保持蒙脱石结构不破坏的前提下来去除杂质矿物,一般为物理提纯法、物理化学提纯法,这样提纯得到的产品不仅蒙脱石纯度得到提高、颜色趋于纯正,而且结构式、层电荷密度也不会失真。被去除的杂质矿物一般是伊利石、长石、沸石、方解石、石英、方英石以及胶态二氧化硅、三氧化二铝等。这些杂质矿物如能再经提纯得到综合利用,其经济效益和社会效益将是极大的。      
伊利石:伊利石(Ileite ) 又称“水白云母”,因最早发现于美国的伊利岛而得名,是一种富含钾的硅酸盐云母类粘土矿物,其晶体化学式为:

K1-x(H2O)X{Al2[AlSi3O10](OH)2-x(H2O)X},或为K<1 Al2[(Al,Si)Si3O10](OH)2·nH2O。其中水含量变化很大。伊利石呈鳞片状块体,不具膨胀性和可塑性,莫氏硬度2-3,比重2.5~2.8g/cm3,具有滑腻感,具有较好吸附性、细腻性、易碎性。伊利石在陶瓷工业中,用于制造釉面砖、马赛克、空心砖等;在塑料和橡胶工业中作填料,降低成本和增强产品的机械力学性能;在造纸工业中,高白度的伊利石粘土粉可作填料和涂料。此外,伊利石还可作化肥原料、建筑涂料、石油脱色剂等。 

      长石:长石(feldspar)是钾、钠、钙、钡等碱金属或碱土金属的铝硅酸盐矿物,晶体结构属架状结构。其主要成份为SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO 等。长石的主要组份有四种:钾长石、钠长石、钙长石、钡长石,长石族矿物的主要物理化学性质如下: 

      钾长石:K2O .Al2O3.6SiO2,其中K2O 16.9 % ,Al2O318.4 % ,SiO264.8 % ,密度2.56g/cm3,莫氏硬度为6,单斜晶系,颜色为白、红、乳白色,熔点1290 oC。 

      钠长石:Na2O .Al2O3.6SiO2,其中Na2O 11.8 % ,Al2O319.5 % ,SiO268.8 % ,密度         2.605g/cm3,莫氏硬度为6,三斜晶系,颜色为白、蓝、灰色,熔点1215 oC。 

      钙长石:CaO .Al2O3.6SiO2,其中CaO 20.1 % ,Al2O336.7 % ,SiO243.2 % ,密度2.77g/cm3,莫氏硬度为6,三斜晶系,颜色为白、灰、红色,熔点1552 oC。 

      钡长石:BaO .Al2O3.6SiO2,其中BaO 40.9 % ,Al2O327.1 % ,SiO232.0 % ,密度2.77g/cm3,莫氏硬度为6,三斜晶系,颜色为白、灰、红色,熔点1715 oC。 

长石矿物除了作为玻璃工业原料外(约占总用量的50—60%),在陶瓷工业中的用量占30%,其余用于化工、磨料磨具、玻璃纤维、电焊条等其它行业。 

      沸石:沸石(Zeolite)有斜发沸石、丝光沸石、菱沸石等种类,是一种含水的碱金属或碱土金属的铝硅酸矿物。按沸石矿物特征分为架状、片状、纤维状及未分类四种。按孔道体系特征分为一维、二维、三维体系。沸石密度1.92~2.80g/cm3,莫氏硬度5-5.5。任何沸石都由硅氧和铝氧四面体组成,四面体只能以顶点相连,即共用一个氧原子,而不能“边”或“面”相连,铝氧四面体本身不能相连,其间至少有一个硅氧四面体,而硅氧四面体可以直接相连。沸石的化学组成十分复杂,一般化学式为:AmBpO2p·nH2O,结构式为Ax/q[(AlO2)x(SiO2)y]nH2O,其中:A为Ca、Na、K、Ba、Sr等阳离子,B为Al和Si,q为阳离子电价,m为阳离子数,n为水分子数,x为Al原子数,y为Si原子数,y/x通常在1~5之间,(x+y)是单位晶胞中四面体的个数。 

      方解石:方解石又名重质碳酸钙,加工成超细粉后,可用于涂料、橡胶、塑料、造纸、医药、食品、密封材料和饲料等。 

      石英:也叫二氧化硅,硬度7,比重2.65。 

      方英石:方英石 (Cristobalite)也叫白矽石,结晶度低的二氧化硅。有α-方英石 和β-方英石 2种。方英石在常温常压下就能溶于碱,因而工业生产水玻璃所需的设备比较简单, 生产条件好,建厂投资少,资金回收快,产品质量理想。 此外还可以制取白炭黑。湖北现发现大量的蒙脱石和方英石伴生矿,其中蒙脱石和方英各占50%,蒙脱石和方英石经提纯都可得到综合利用。       胶态二氧化硅:水合二氧化硅。 

      三氧化二铝:白色粉末,易吸水但不潮解。
2提纯可提高膨润土的湿压强度和热湿拉强度 

      膨润土和水砂等的掺合物的粘结性和可塑性一般以湿压强度 (湿态抗压强度)、热湿拉强度表示。湿压强度是评价膨润土的湿态粘结能力。湿压强度、热湿拉强度是铸造工业评价膨润土质量好坏的重要指标之一,蒙脱石含量越高,膨润土的湿态粘结力也越大,湿压强度 、热湿拉强度高;同一蒙脱石含量的膨润土膨润值越高,膨润土的湿态粘结力也越大。提高膨润土的湿压强度和热湿拉强度就要从提高蒙脱石含量和膨润土膨润值二方面下手。提高蒙脱石含量可通过提纯来完成。原矿土经过提纯,除去杂质可提高提高蒙脱石含量。提纯的方法有湿法和干法。采取哪种方法可由企业根据成本和质量要求决定。 

      目前蒙脱石含量一般用吸兰量测定法和XRD测定法来表示,XRD测定法准确,成本高,不方便快速定性定量;吸兰量测定法操作方便,成本低,但不准确。同一个矿山同一类型的膨润土,吸兰量越高,蒙脱石含量越高。不是同一个矿山同一类型的膨润土,不可用吸兰量来对比蒙脱石含量的高低。因为具有吸兰性质的物质不仅是蒙脱石,还有其他的物质,而这些物质往往就存在膨润土中。 

      同一蒙脱石含量的膨润土提高湿压强度和热湿拉强度就要改善其膨润值,一般在胶质价大于100 mL/15 g,用膨胀容、膨胀倍来表示不明显时就用膨润值来表示其水化性质。膨润值不是一个确定的的指标,由于测试质量不同、介质不同和操作方法不同而不同,应看具体的数据的单位来判断。测试质量不同,膨润值就有1克法(ml/g)、2克法(ml/2g)、3克法(ml/3g)、5克法(ml/5g)。介质不同就有蒸馏水法、氯化铵法。操作方法不同膨润值就有摇匀法、自然膨胀法(2h内分100次加入)。目前铸造用膨润土的膨润值测试一般是:氯化铵法是3克法(ml/3g),蒸馏水法是2克法(ml/2g)。膨润土的膨润值就是表明其有效钠化的程度,天然钠基膨润土和人工钠基膨润土的膨润值都比钙基膨润土好。膨润土的粘结能力只有在加水以后才能表现出来,失去粘结能力,也与它的脱水有关。膨润土中的水分有三种形态:自由水、牢固结合水、晶格水。膨润土经加热脱去自由水、牢固结合水后,只要加水,能完全恢复粘结能力;只有晶格水在相当高的温度下全部脱除以后,才丧失粘结能力。由差热分析实验证明:一般来说,天然钠膨润土的失效温度为638℃,钙膨润土为316℃,人工钠化膨润土在二者之间。有时要求膨润土在550℃的条件下焙烧30分钟后测其湿压强度,就是观察其热稳定性,俗称耐火度。膨润土的膨润值越好,其钠化的程度越好,其失效温度越高,其湿压强度和热湿拉强度越高。钠化是改善膨润土的膨润值最好的方法。 

      人工钠化的途径很多,目前已知的途径有悬浮液法、堆场钠化法、轮辗钠化法、挤压钠化法、双螺旋钠化法、超临界处理法、雷蒙磨法等。钠化剂主要是用Na2CO3,最近有关部门通过试验发现,用NaF作钠化剂效果比Na2CO3好的多。用NaF作钠化剂工艺与用Na2CO3基本相同。       人工没钠化好的膨润土,其膨润值低,一经加热就与钙膨润土相近。


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