專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用NaNO₃改型膨潤(rùn)土的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
非金屬材料 背景技術(shù)：
一、 膨潤(rùn)土的礦物學(xué)特征及物化性質(zhì)
膨潤(rùn)土是以蒙脫石礦物為主要成分的粘土礦。蒙脫石為少量堿土金屬的含水層狀鋁硅酸 鹽礦物。蒙脫石晶體由兩層硅氧四面體片夾一層鋁氧八面體片組成，屬2 : i層型[1]。由于有 些多面體中高價(jià)離子被低價(jià)位離子置換，造成晶體層間產(chǎn)生永久性負(fù)電荷。這種負(fù)電荷必然
要吸附交換性陽(yáng)離子如(^2+ 、 Na+來(lái)平衡[2]。在晶層間充滿著層間水及可交換性陽(yáng)離子，晶 層間吸附的陽(yáng)離子是可交換的[3]。膨潤(rùn)土的框架結(jié)構(gòu)使其具有許多特性，如膨脹、吸附和觸 變性等，因此具有廣泛的用途。
膨潤(rùn)土礦一般為白色，淡黃，因含鐵量變化又呈淺灰、淡綠、粉紅、黑雜等色，具蠟狀、 塊狀，油脂光澤。硬度為l ，密度約2g/cm3 ?；瘜W(xué)組分主要是Si02、 A1203、 H20。 Fe203、 MgO 含量有時(shí)較高"]。此外，Ca、 Na、 Mg常以不同含量存在于膨潤(rùn)土中。
二、 鈉化改型的方法及鈉化劑的類(lèi)型 膨潤(rùn)土中Na20和CaO含量對(duì)膨潤(rùn)土的物化性能和工藝技術(shù)特性影響頗大， 一般鈉基膨潤(rùn)
土優(yōu)于鈣基膨潤(rùn)土，主要表現(xiàn)在吸水率和膨脹倍數(shù)大，陽(yáng)離子交換量高，在水介質(zhì)中分散性 好，膠質(zhì)價(jià)高，其膠體懸浮液觸變性、粘度、潤(rùn)滑性好，pH值高。因此，要制備高性能膠體 產(chǎn)品時(shí)，首先要對(duì)蒙脫石進(jìn)行鈉化改型。 (一)鈉化改型的方法 膨潤(rùn)土的鈉化改型是在一定條件下，通過(guò)加入改型劑(如Na2C03等)及一定的加工處理 (擠壓、碾壓等措施)，使鈣基膨潤(rùn)土轉(zhuǎn)化為鈉基膨潤(rùn)土的加工過(guò)程。研究表明:鈣基膨潤(rùn)土 在自然條件下以聚集關(guān)態(tài)存在。因此，鈣基膨潤(rùn)土在鈉化進(jìn)程中，除了必需的自由Na +夕卜， 還應(yīng)當(dāng)采取一定措施使晶體分離，增加鈣基膨潤(rùn)土比表面積，加速化+交換"2+的進(jìn)程。鈣 基膨潤(rùn)土的鈉化改型近年來(lái)取得了許多進(jìn)展，歸納起來(lái)，人工鈉化處理的主要方法有以下幾 種[5]:(1) 懸浮法
這種方法是在配漿的同時(shí)向水中加入鈣基膨潤(rùn)土和純堿，加堿量采用最大濕粘度和最低 失水量法確定， 一般要加過(guò)量堿，液固比為1 8 ，經(jīng)浸泡造漿后脫水，干燥，磨粉即得鈉基土。
(2) 陳化法
在原礦或加工后的干粉中，按所需的化+量(常為礦石量3X 5W的Na2C03量)化成水溶 液加入，拌勻，堆放。整個(gè)礦石含水量控制在30%左右，堆放時(shí)間7 10d ，并常翻動(dòng)拌合， 老化后干燥，磨粉。該法鈉化效率較差。
(3) 擠壓法
此法是在加入改型劑的同時(shí)，施加一定的壓力(剪切力)使蒙脫石顆粒分開(kāi)，加速N^交 換Ca"的進(jìn)程。在鈉化改型時(shí)，擠壓是關(guān)鍵一步，因?yàn)棰贁D壓起到了剝片作用，使蒙脫石顆 粒之間、晶層之間，產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而分離，從而增加了與1^+離子的接觸面積，易于進(jìn)行充 分的離子交換。②由于擠壓摩擦產(chǎn)生了大量熱能，加快了離子運(yùn)動(dòng)速度，擴(kuò)大了運(yùn)動(dòng)范圍， 從而增加了反應(yīng)機(jī)會(huì)與陽(yáng)離子交換過(guò)速度。③蒙脫石在大的擠壓作用下，化學(xué)鍵遭到了破壞, 產(chǎn)生斷鍵。這有利于吸附相反電荷的化+離子，從而增加了鈉化反應(yīng)的進(jìn)行。這種方法是目 前最常用的，已取得了較好的效果。 (二)鈉化劑的類(lèi)型
目前，鈣基膨潤(rùn)土的鈉化改型主要以Na2C03 、 NaF為改型劑。但是這兩種鈉鹽各有優(yōu)缺點(diǎn): Na2C03是傳統(tǒng)的改型劑，它成本較低廉，然而使用此改型劑，改型后膨潤(rùn)土質(zhì)量不佳，給膨潤(rùn) 土的使用和進(jìn)一步深加工帶來(lái)了一定的困難。使用NaF為改型劑，它雖可獲得高質(zhì)量的鈉基膨 潤(rùn)土，但是成本較高。因此，必須尋找一種成本既低又能制備出高質(zhì)量鈉基膨潤(rùn)土的鈉鹽。
三.鈉基膨潤(rùn)土的應(yīng)用
由于鈉基膨潤(rùn)土具有許多優(yōu)良的工藝性能，因此其應(yīng)用范圍較廣。目前主要應(yīng)用于如下 幾個(gè)方面
3. 1鉆井泥漿
人工鈉化改型膨潤(rùn)土其性能得到了改善，并優(yōu)于天然產(chǎn)生的鈉基土，造漿率提高。因此 鈉化改型可使我國(guó)膨潤(rùn)土工業(yè)實(shí)現(xiàn)由粗加工向精加工，由初級(jí)產(chǎn)品向深加工產(chǎn)品過(guò)渡，充分 利用了我國(guó)的膨潤(rùn)土資源。
3. 2高溫潤(rùn)滑劑
由于鈉基土具有良好的熱穩(wěn)定性，適應(yīng)于作為高溫潤(rùn)滑劑。據(jù)研究，最高潤(rùn)滑溫度可達(dá)
177°C，在轉(zhuǎn)速大于10000r/min條件下，機(jī)械可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)400多小時(shí)[6]。 3. 3粘結(jié)劑
由于膨潤(rùn)土的分散性能好、比表面積大、親水性強(qiáng)，故它的成球性能好。經(jīng)鈉化處理后 的膨潤(rùn)土可用于精密鑄件、高壓造型和鋼鑄件的型砂黏結(jié)劑[7]。
3. 4環(huán)境保護(hù)
由于鈉基土具有負(fù)電性，并具有多種吸附中心，因而使其具有良好的吸附性能，不僅可 以用于吸附污水處理，也可以用于消毒急救包成料。A.SafaOzcan等[8用鈉基膨潤(rùn)土作為絮 凝劑處理廢水中的酸性藍(lán)193取得了較好的效果。
3.5其它
鈉化改型土用于高壓造型工藝技術(shù)性能好，并可使產(chǎn)品質(zhì)量有明顯的提高和改善。此外， 鈉基土在土木工程方面也有廣闊的應(yīng)用前景。國(guó)外在此方面應(yīng)用廣，用量也大，廣泛用于隔 墻施工、砂漿、沉箱、打樁機(jī)、水泥和混凝土增塑添加物、隧道防護(hù)屏潤(rùn)滑及電線接地蓋土 等。并且鈉基土在陶瓷中亦可用作粘結(jié)劑和懸浮劑等。
發(fā)明內(nèi)容
選用新疆豐富的NaN03為鈉化改型劑，新疆夏子街地區(qū)烏蘭林格礦膨潤(rùn)土為原料，采用 改進(jìn)的擠壓法制備高品質(zhì)的鈉基膨潤(rùn)土。具體方法是將提純的膨潤(rùn)土粉碎，加水?dāng)嚢璩蓾{液， 用NaN03對(duì)提純土進(jìn)行鈉化改型，然后干燥、粉碎，即得鈉基膨潤(rùn)土，該鈉基膨潤(rùn)土可廣泛 用于膨潤(rùn)土深加工。


鈉基膨潤(rùn)土的制備工藝流程圖 具體實(shí)施例方式
(1) 取提純膨潤(rùn)土，加入一定量的水，攪拌至分散均勻。
(2) 在膨潤(rùn)土泥漿中加入一定量的NaN03，常溫下攪拌一段時(shí)間，干燥、粉碎，制成鈉 基膨潤(rùn)土。
參考文獻(xiàn) S. Das Gupta. Bentonite deposits intercalated with the Rajmahal volcanic rocks of eastern India. Journal of Southeast Asian Earth Sciences. 1996， 15(2):133-137.陳淑祥,唐欣,袁鍵等.南京湯山鈣基膨潤(rùn)土鈉化改型研究[J].山東科學(xué)，1999, 12 (1): 22-27閆景輝,李靜梅,王巍等.膨潤(rùn)土化學(xué)提純研究[J].非金屬礦，2002, 25(3) :8-10. [4]欒文樓，李明路.膨潤(rùn)土的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，地質(zhì)出版社，1998吳東印,衛(wèi)敏,楊康平等.膨潤(rùn)土的提純與開(kāi)發(fā)應(yīng)用[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2000, (3): 14-16 [6]易發(fā)成,戴淑霞，侯蘭杰等.鈣基膨潤(rùn)土鈉化改型工藝及其產(chǎn)品應(yīng)用現(xiàn)狀[J].中國(guó)礦業(yè)，1997, 6 (4): 65-67王林江,宋慈安，余洋.湖南臨澧縣白土坡膨潤(rùn)土特征及開(kāi)發(fā)應(yīng)用初探[J].地質(zhì)與勘探，1999， 35(6): 34-36 A. Safa Ozcan , Bilge Erdem, Adrian Ozcan . Adsorption of Acid Blue 193 from aqueous solutions onto Na-bentonite and DTMA _bentonite. Journal of Colloid and Interface Science 280 (2004) 44_5權(quán)利要求
1設(shè)計(jì)思路我國(guó)膨潤(rùn)土儲(chǔ)量居世界第二位，主要分布在遼寧、廣西、新疆、浙江等地區(qū)。其中新疆是我國(guó)膨潤(rùn)土遠(yuǎn)景儲(chǔ)量最大的省份，僅新疆夏子街地區(qū)膨潤(rùn)土遠(yuǎn)景儲(chǔ)量就達(dá)50億噸。目前，膨潤(rùn)土選用的鈉化改型劑一般為Na2CO3、NaF、NaCl等，鈉化改型的方法主要有懸浮法、陳化法、擠壓法，其中應(yīng)用擠壓法制備鈉基膨潤(rùn)土較為廣泛。本工藝是選用新疆豐富的NaNO3為鈉化改型劑，新疆夏子街地區(qū)烏蘭林格礦膨潤(rùn)土為原料，采用改進(jìn)的擠壓法制備高品質(zhì)的鈉基膨潤(rùn)土。該法制備的鈉基膨潤(rùn)土膨脹容和膠質(zhì)價(jià)較高，膨脹性能較好，具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值，可廣泛用于膨潤(rùn)土的進(jìn)一步深加工。
2 —種利用NaN03改型膨潤(rùn)土的方法(1) 取提純膨潤(rùn)土，加入一定量的水，攪拌至分散均勻。(2) 在膨潤(rùn)土泥漿中加入一定量的NaN03，常溫下攪拌一段時(shí)間，干燥、粉碎，制成鈉 基膨潤(rùn)土。
全文摘要
我國(guó)膨潤(rùn)土儲(chǔ)量居世界第二位，主要分布在遼寧、廣西、新疆、浙江等地區(qū)。其中新疆是我國(guó)膨潤(rùn)土遠(yuǎn)景儲(chǔ)量最大的省份，僅新疆夏子街地區(qū)膨潤(rùn)土遠(yuǎn)景儲(chǔ)量就達(dá)50億噸。目前，膨潤(rùn)土選用的鈉化改型劑一般為Na₂CO₃、NaF、NaCl等，鈉化改型的方法主要有懸浮法、陳化法、擠壓法，其中應(yīng)用擠壓法制備鈉基膨潤(rùn)土較為廣泛。本工藝是選用新疆豐富的NaNO₃為鈉化改型劑，新疆夏子街地區(qū)烏蘭林格礦膨潤(rùn)土為原料，采用改進(jìn)的擠壓法制備高品質(zhì)的鈉基膨潤(rùn)土。該法制備的鈉基膨潤(rùn)土性能良好，膨脹容為94ml/g，膠質(zhì)價(jià)為97.5ml/3g。該工藝成本低，經(jīng)濟(jì)附加值顯著，可為膨潤(rùn)土深加工提供優(yōu)質(zhì)原料。
文檔編號(hào)C01B33/00GK101112992SQ200610107949
公開(kāi)日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2006年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月29日
發(fā)明者斌 代, 李金娥 申請(qǐng)人:斌 代