对吉林磐石钙基膨润土钠化改型研究

姜 巍

1.吉林省第一地质调查所，吉林 长春 130033；2.吉林大学地球探测科学与技术学院，吉林 长春 130061

我国膨润土的储量居世界首位，占世界总量的60%。据中国非金属矿信息网资料显示：中国膨润土矿资源非常丰富，猜测资源量在70 亿吨以上。其中，钠基膨润土具有很好的膨润性和阳离子交换性，已被广泛地应用于冶金、机械、石油、化工和环境保护等众多领域，而且还是生产许多膨润土深加工产品的基础原料。但是，我国天然产出的钠基膨润土却很少，绝大多数为钙基膨润土，世界上也日趋枯竭。利用资源丰富的钙基膨润土, 用改性膨润土（以下简称改型钠土） 代替天然优质钠土具有重大意义。国内外采用多种改性或钠化方法, 一些成本偏高,一些工艺复杂, 使用范围受到限制, 所以对钙基土的钠化改型的方法研究很有必要。

1 实验

1.1 原材料组成与物化性能

本次实验所用膨润土是我所的膨润土原矿。该膨润土原矿品位中等, 对天然膨润土进行了x 射线衍射分析, 结果表明, 矿石矿物主要成分为蒙脱石,其次为少量的长石和石英等。Ca2＋、Mg2＋质量分数比Na＋、K＋质量分数高很多。由X 射线衍射图得知, 蒙脱石（001） 面的d 值为1 154 921 nm , 属较典型的钙基膨润土（图1）。

钠化剂的选取大多是采用较常见的钠盐,如Na2CO3,NaCl,六偏磷酸钠和NaOH,还有焦磷酸钠和多聚磷酸钠等。山东理工大学的潘嘉芬认为,Na2CO3,NaCl 和六偏磷酸钠3 种改性剂均能不同程度地提高膨润土的膨胀容和膨润值。其中,NaCl的改性效果较碳酸钠稍差,但氯化钠价格低、产品沉降速度比碳酸钠改性的膨润土稍快,因此更适用于作污染物的吸附剂使用。六偏磷酸钠改性后,产品沉降速度非常慢,影响后续产品的过滤脱水操作过程,因此不宜采用。

1.2 钠化方法及流程

钙膨润土钠化的化学反应是一个盐基交换反应。一般在水的存在下交换反应比在干燥环境中好。由于水化作用而形成了一个隔水膜, 包裹着颗粒内部未钠化的钙土, 如果这一层水化膜不能及时剥离掉,就会影响里层的钠化。导致“夹生”现象和大量未反应的游离碳酸钠存在, 二者对产品质量

图1 天然样品x射线衍射Fig.1 Natural X ray diffraction

和泥浆性能都有不利的影响。因此, 钠化反应是否能够完全,关键在于钠化方法和条件, 也就是所用的改性设备和工艺本次实验采用的钠化方法为半干法往膨润土干料中加入溶解的钠盐, 借助外加的高能量机械力的挤压, 将Na＋强制引入蒙脱石层间。钠化改性剂主要是碳酸钠。也可以用焦磷酸钠、氢氧化钠、醋酸钠、草酸钠、氯化钠、氟化钠等, 但这些钠盐, 有的价格太贵, 有的效果不好。本次实验钠化剂分别采用碳酸钠（Na2CO3） 、氯化钠（NaCl）。

2 实验结果与结论

罗太安等在广丰膨润土钠化改型研究中,赵兵在钠基膨润土的制备中分别用悬浮法采用NaC1 进行了钠化改型研究, 效果不错, 我们采用了Na2CO3、NaCl 进行钠化处理。

表2 氯化钠改性膨胀容测试结果Table 2 Test results of sodium chloride modified swelling capacity

改性剂： 氯化钠、碳酸钠；

改性剂用量： 土∶盐=100：1；100 ∶2；100∶3。

含水量： 土质量分数的30%～35%。

操作： 常温，将钠盐溶于定量水中之后与土混合，挤压至均匀，密封不同时间，90～100 ℃条件下干燥，粉碎。

2.1 试验结果

试验结果如表2、表3、表4。

3 热分析结论

0 原土在90～150 ℃之间有两个吸热峰，是蒙脱石脱出层间水的吸热效应，属于典型的钙基土，伴随失重。

表3 碳酸钠改性膨胀容测试结果Table 3 Test results of sodium carbonate modified swelling capacity

表4 碳酸钠改性胶质价测试结果Table 4 Test results of sodium carbonate modified colloid valency

1-1 和2-1 在100 ℃左右的吸热峰为脱层间水所致，伴随失重，第二个吸热峰已经明显减小，说明，钙基土的特征已经不显著，钠化有效果。

1-2、1-3、2-2、2-3 样品在100 ℃左右仅有一个脱水吸热峰，无钙基土特征，实现了钠化改性。

常温空气中存放含水率12%～16%左右。

结果表明：改性剂采用碳酸钠效果明显优于氯化钠；1%～2%的碳酸钠陈化40 h 就可以获得性能满足质量标准要求的钠基土。

1%与2%等量混合样品的膨胀容为24.50 mL/g。水分8.7%。胶质价大于100 mL/15g。

4 结论

（1） 我所膨润土原矿品位中等（蒙托石质量分数为52.68%） , 为典型的钙基膨润土； 我所批量钠化土产品达到工业生产要求,但我所希望提高生产效率。（2） Na2CO3的改型效果是最好的。Na2CO3添加量为3%时, 膨胀容和胶质价最高, 达到了工业要求。随着NaCl 加入量增加, 膨胀容、胶质价都不同程度的有所降低, 均没有达到工业要求。

（3） 陈化时间控制在88 h。

（4） 采用湿样法和干样法改土都达到工业要求, 但干样法改型不彻底, 改土属于钠钙基膨润土。

（5） 该实验效果已经达到了工业要求, 改善了原矿的各项指标, 并且为我所膨润土矿生产创造了一定的经济效益。

[1] 张 敏, 刘 涛, 张一敏. 低品位钙基膨润土改型研究[J].矿产综合利用， 2005（,1）.