膨润土的提纯和改性

[db:作者] / 2023-01-03 00:00

[制备方法]由于天然膨润土的品质存在不足之处，直接加以使用效果不佳，为了满足某些行业的需要和提高膨润土产品的档次，需要对膨润土进行分离提纯、改性等处理，以提高其性能。

(1)膨润土的提纯

膨润土的提纯方法有干法和湿法两种。干法(风选)是目前国内外的主要选矿方法，该法适用于蒙脱石含量高(蒙脱石含量大于80%)、粒度较细而脉石矿物石英、长石较粗的矿石。其工艺流：膨润土原矿→自然干燥→破碎→气流干燥→风选分级→包装。该法工艺流程简便，处理量大，但产品质量不易控制。

湿法提纯方式有2种：①200目矿粉→加水浸泡制浆→1级提纯→2级提纯→3级提纯→脱水→干燥粉碎→精土；②小于100目矿粉→制浆(10%～20%)→沉淀悬浮液(弃去残渣)→离心分离→高纯度浆液(弃去细渣)→过滤→滤饼(70%水循环利用)→反絮凝剂→精土。两种方法的主要区别是添加种类较多的絮凝剂和反絮凝剂，因絮凝剂使脱水过程中的蒙脱石颗粒迅速聚集紧缩，比表面积变小，颗粒部分表面被絮凝剂覆盖，使其固有的膨胀、吸附和粘接等性能降低，影响其在一些产品中的应用，湿法能将蒙脱石含量提高到90%左右，但一些细小微粒用水沉淀不出来，且产量很低。经纯化后的膨润土可用于制备各种改型膨润土和复合纳米材料等。

(2)膨润土的改性

I.膨润土的钠化改型

自然界中膨润土的储量以钙基膨润土为最多、最广泛。由于钠离子比钙离子有更强的水合作用，故钠基膨润土比钙基膨润土具有更优越的物化性能，如吸水率大、膨胀倍数高、阳离子交换容量大，胶体悬浮液触变性、黏性、润滑性好，热稳定性好并具有较强的可塑性和粘接性等。故有时需将钙基膨润土改型为钠基膨润土以提高其经济价值和应用价值。

Na2CO3、NaOH及NaCI-NaOH体系成本较低、效果较好，是国内目前用得最多的钠化改型剂。钠化改型钙基膨润土的过程为：

这是一个可逆交换反应，为了使反应向右进行，可提高[Na+]或降低[Ca2+]。当[Na+]：[Ca2+]=2：1时，平衡左移，此时膨润土显示钙基膨润土的性质；但当[Na+]：[Ca2+]>2：1时，平衡右移，钙基膨润土中Ca2+被溶液中的Na+所置换而生成钠基膨润土，因此钠化反应是否能够完全，关键在于钠化方法和条件。

这种吸附-解吸平衡的移动决定了膨润土以钙基膨润土还是钠基膨润土形式存在，同时也就决定了膨润土-水系统的悬浮性和稳定性。

决定膨润土-水系统稳定性的主要因素是系统的ξ电位和颗粒分散度。提高膨润土的分整度能提高系统形成胶体的能力，即提高系统的稳定性。因此应尽量降低膨润土的粒度并使体系处于搅拌状态。系统的ξ电位主要取决于膨润土吸附的阳离子种类。在相同物质的量浓度下，系统的ξ电位大小与阳离子的种类关系正好与上述的阳离子交换顺序相反，即钙基膨润土的ξ电位小于钠基膨润土的ξ电位。系统的ξ电位越大，胶粒之间静电斥力越大，相互聚焦沉淀可能性越小，系统的稳定性就越好，所以钠基膨润土一般比钙基膨润土有更好的悬浮稳定性。正因为如此，人们想提高钙基膨润土涂料悬浮性的时候，往往预先要进行钠化处理，使之变为钠基膨润土。

钠化改型工艺有干法和湿法两种。

①湿法改型工艺又称悬浮液法，即将膨润土配成50%或更稀的矿浆，然后加入过量碳酸钠等钠化改型剂，在60～80℃左右搅拌1～2h即可。此法产品质量比较稳定，但产品脱水、干燥困难。

②干法是将碳酸钠等钠盐加入膨润土中经挤压而成。常用干法加工工艺有：堆场法、轮碾法、双螺旋混合挤压法、螺旋阻流挤压法等。

干法加工工艺应用较广泛：①胡茂焱等用氧化镁、碳酸钠联合使钙基膨润土钠化改型的方法，开辟了低级钠土升级改造的新途径；②管俊芳等用氟化钠代替碳酸钠作为改型剂，改型后膨胀容可达98mL/g，在工艺条件无改变、成本无大提高的情况下，取得了良好的效果，改变了目前改型钠土质量低、膨胀性差的状况；③杨久义等用氟化钠和碳酸钠以1：n配比制备造纸废水处理用混凝剂，用于碱法麦草浆黑液废水絮凝，获得良好效果。

I.钙基膨润土的锂化改型

用于铸型涂料的悬浮剂有钙基膨润土、钠基膨润土、有机膨润土、锂基膨润土以及聚乙烯醇缩丁醛、纤维素衍生物、硬脂酸盐等。由于钙基膨润土、钠基膨润土不能在醇溶液中制成溶胶，制成的快干涂料悬浮性差，所以一般不适宣用来制造铸型快干涂料。有机膨润土价格昂贵，而且使用前必须先用其他溶剂制成凝胶，当使用量过多时，由于有机物的氧化使发气量增大，难于保证铸件质量。聚乙烯醇缩丁醛不但价格高，而且在涂料点燃时容易起泡。因此，它也不宜单独用于铸型涂料的悬浮剂。纤维素衍生物涂料易燃、易爆、存放和运输不安全，且点燃时冒黑烟，也不是理想的悬浮剂。而锂基膨润土作为悬浮剂的铸型快干涂料，具有成本低、性能好、铸件质量高等一系列优点，引起国内外同行的广泛关注。经过大量的试验研究说明，锂基膨润土复合悬浮剂是醇基涂料悬浮剂的最佳选择。

改性剂及改性机理：

根据蒙脱石的阳离子交换能力，选用各种无机锂盐，如Li2CO3、LiCl、Li2SO4、Li2C2O4等，用Li+将膨润土中的可交换阳离子Ca2+、Mg2+等置换出来，制备成锂基膨润土。其反应机理为

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