膨润土干燥剂的加工与分析

师连波，张元喜，张学民

（1.建平华特北方化工有限公司，辽宁 建平 122400；2.朝阳呈祥膨润土有限公司，辽宁 朝阳 122300）

膨润土是一种分布广泛的非金属矿产，其主要矿物成分为蒙脱石。蒙脱石是少量碱土金属的含水层状铝酸盐矿物，由两层硅氧四面体片和一层夹于其间的铝(镁)氧(羟基)八面体片构成，属2∶1 型。膨润土具有很大的内外表面积(600～800m2/g)，伴随产生了巨大的表面能。这些决定了蒙脱石具有较高的离子交换容量及吸附水分子的能力，并伴随着膨脱石的含量增高，干基蒙脱石可应用于膨润土干燥剂的加工与生产。

膨润土干燥剂是一种新型干燥剂，是纯天然的膨润土干燥活化制成，不含任何添加剂和易溶物。膨润土干燥剂主要特点：吸附速度快，吸附能力强，能吸附相当于自身体积8～20倍的水而膨胀至30倍，更有较强的阳离子交换能力和吸附能力；吸附活性静态减湿和异味去除等功效，无毒无味无接触性腐蚀，无污染，尤其对人体无损害。产品在室温及一般湿度下吸附性能良好，具有吸附活性。广泛应用于不能采用油封、气相封存的产品中，如：光学仪器、电子产品、医学保健、食品包装、民用产品、集装箱海运等密封包装的防潮、吸湿、防霉变。除吸湿外，还可吸附其他有害气体(如甲醛)和异味等。

1 膨润土做干燥剂机理

1.1 蒙脱石颗粒表面的水化作用

蒙脱石表面带负电荷，使整个颗粒表面存在一个静电场，因此必然促使其偶极性的水分子呈定向排列。硅氧四面体晶格表面上裸露的氧原子可与水分子的HO基形成氢键，靠近蒙脱石周围表面的水分子就通过氢键与硅氧四面体的氧原子相键和。颗粒表面静电场越大，吸湿能力也越高。

1.2 层间可交换阳离子的水合作用

完全脱水的蒙脱石，层间距约为0.96nm，不足1nm，层间阳离子的种类和水合程度的不同，晶层间距是不一样的，在相同温度下，不同介质层间距不同，干蒙脱石吸湿性很强，在自然条件下，晶层间距约为1.2～1.5nm，在不同空气温度下，随着层间所吸附的阳离子不同而吸湿性不同，而钙蒙脱石比钠蒙脱石吸湿膨胀能力大，尤其是低温条件下更是这样。

用膨润土生产的干燥剂，具有蜂窝状的无数孔隙，表面积相当大，交换容量大，吸湿性能佳；引起膨润土吸湿膨胀的动力是层间交换性阳离子和晶层表面的水化能。

2 膨润土干燥剂的加工条件

2.1 干燥剂用膨润土原料的选择

膨润土干燥剂国家标准正在制定中，基本标准如表1所示。

表1 膨润土干燥剂质量指标

所有的膨润土在干燥后都具有吸湿性，但达到干燥剂级别的膨润土相对占膨润土总量的1/10不到。所以对膨润土要进行测定试验才能确定其是否可用于膨润土干燥剂的加工。本试验选取了辽宁朝阳地区几种膨润土进行干燥剂颗粒的生产试验，相关试验参数见表2。

通过表2可以明显的看出生产干燥剂用膨润土原料的色泽以紫红色、紫色、白色为宜。而水化性能较好的膨润土，在做膨润土干燥剂时，块状的抗压强度低，且吸湿后易粉化，不利于二次使用。这些说明用作膨润土干燥剂用的膨润土须具备高吸蓝量、低膨胀倍、且色泽以紫红色或白色为最好。

表2 膨润土干燥剂原料选择试验分析结果

2.2 吸蓝量对吸湿性能的影响

选择上述试验用的1、5、7、10、11、12号样进行吸湿性能测试。加工工序如下：将选定的膨润土原料自然条件下风干，使膨润土的水分在14%～15%之间，然后用对辊挤压机制成一定规格的自然颗粒，经烘干机烘干、筛分，在不吸湿的条件下得试验样品并测试。

将待测的样品放入特制的吸湿率测试装置(具体见下图)中进行吸湿率测定，环境温度为25℃，相对湿度40%，吸收7～9h后称量，用分析天平准确称量其增重，计算其吸湿率。表3用不同吸蓝量的干燥剂(测试前试样均在烘箱内以105～110℃干燥2h)测试吸附率。

膨润土干燥剂动态吸附装置

表3 膨润土吸蓝量与吸湿率关系

通过表3可知：吸蓝量高的膨润土干燥剂，其吸湿率同样也高。在上述试验过程中也加入了膨润土干燥剂样品，1、10、11、12号样品的吸湿效果完全达到膨润土干燥剂的水平。

2.3 烘干温度对膨润土干燥剂的影响

使用的样品为上述膨润土10、12号样，加工条件与前述一样，只有干燥温度不同。干燥时间为4h。在试验室马沸炉内烘干，试验结果见表4。

表4 干燥温度对吸湿率影响

从表4可以看出，随着膨润土干燥剂处理温度的升高，其吸湿率先增后降。在200℃以前增加不明显，到300℃时，吸湿率达到最大，而到400℃时吸湿率已大幅下降。膨润土主要物相是蒙脱石，蒙脱石晶层间存在可交换性阳离子，被水分子包围形成水合阳离子，从其热分析特征可知，在135～215℃时，蒙脱石主要脱去的是部分层间水，失重介于15%～25%之间，随着层间水脱去，表面积开始增大，因而吸附水性增加。当处理温度大于400℃时，层间水全部脱去，层间距变小，吸附质不易进入层间使其吸附其它阳离子与水合分子的能力下降。另外，可能是由于此时已无与吸附质结合形成水合物的层间水也是导致吸水功能下降的另一原因。因此，对膨润土干燥剂干燥的最佳温度应为250～300℃之间。

2.4 填加助剂

为提高膨润土干燥剂的吸湿率可在加工过程中填加部分助剂，助剂有CaCl2、MgSO4、Na2SO4、CaSO4、Na2CO3等，加入量在0.5%～1.0%左右，主要目的是提高干燥剂吸湿性能，但要防止表面返湿、粘手等不良现象。下面以氯化钙与硫酸钠为助剂对部分膨润土干燥剂样品进行试验，吸湿条件与上述试验相同，试验数据见表5。

表5 膨润土干燥剂与加助剂后的吸湿率对照

通过对膨润土干燥剂产品添加助剂能增强干燥剂的吸湿效果。但对于建平及周边地区的膨润土而言，加氯化钙要优于加硫酸钠(加量相同的条件下)。在添加助剂时，一定要考滤到其对膨润土干燥剂的卫生条件的影响，如氯离子是否超标等。

3 膨润土干燥剂的生产工艺

3.1 生产工序

(1) 精选原矿,通过粗碎机械粗碎→挤压或粉碎(粗筛)，去除原料中的杂质等。

(2) 筛选把大粒与细粒去除→振动筛或旋转筛(筛分)。

(3) 把初选的膨润土颗粒送烘干设备干燥→旋转式烘干设备，最好使用加热源与烘干料不直接接触式烘干设备。

(4) 烘干的颗粒冷却→长距离冷却筛一同造粒，或把烘干的颗粒送入冷却罐中冷却后进行筛选。

(5) 冷却到一定温度，计量，封装。

3.2 主要参数

原料膨润土蒙脱石含量大于95.5%；筛分后的膨润土颗粒粒径为0.5～4.0mm；烘干设备的干燥温度应低于300℃，最高不应超过500℃；烘干的膨润土颗粒水分应小于4%；装干燥剂颗粒的包装应采用双内衬或单内衬压膜袋包装；塑料袋内衬袋应采用热压封啃,外层用缝包机封口。

3.3 主要指标

在25℃时，RH湿度40%条件下，吸湿率大于16%；水溶液pH值为6.0～8.5之间。

3.4 工艺

提纯原矿→粗碎→筛分→烘干→冷却→计量→包装→成品。

如添加助剂可在粗碎前将助剂溶于水中加入原料中用装载机混均。风干到一定水分后进行破碎。

4 结语

膨润土(蒙脱石)干燥剂与硅胶(硅胶生产能耗高，污染重)相比具有价格低廉、吸附速度快、制备成本低等优点。与目前市售的其他类型干燥剂相比，不仅吸附速度快，吸附能力高且无毒、无味、无味无触腐蚀性、无环境污染等优势，尤其应用于食品包装，对人体无损害，所以，膨润土用于生产干燥剂具有广阔的市场。

[1]童筠.膨润土干燥剂制备及研究[J].非金属矿,2003(1):37-38.

[2]王鸿禧.膨润土[M].北京:地质出板社,1980.

[3]任倩倩,俞卫华,王凡,等.膨润土提纯技术研究进展[J].中国非金属矿工业导刊,2012(2):60-62.