钙基膨润土的湿法提纯及钠化改型处理.pdf

第3 4 卷 2 0 1 4 年0 8 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM 哐T A I ．L U R G I C A LE N G 矾E E R I N G V 0 1 ．3 4 A u g u s t2 0 1 4 钙基膨润土的湿法提纯及钠化改型处理① 畅捷，左可胜，杨晓亮 长安大学地球科学与资源学院，陕西西安7 1 0 0 5 4 摘要对汉中天然膨润土进行了湿法提纯，以吸蓝量、胶质价以及膨胀容检测其理化性质，提纯精土各项理化指标均优于天然膨 润土，但整体偏低。以两种方式对提纯精土作钠化改性处理，一种为先酸化再钠化，另一种为直接钠化，并分别检测其理化性质。 结果表明，直接钠化膨润土的理化性质优于酸化 钠化膨润土。 关键词膨润土；湿法提纯；酸化改型；钠化改型；理化性质检测 中图分类号T F l l l 文献标识码A d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 - 6 0 9 9 ．2 0 1 4 ．0 8 ．1 1 4 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 4 0 8 0 4 1 7 0 3 膨润土是一种应用领域非常广泛的矿产资源，其 主要矿物成分为蒙脱石。我国膨润土的储量居世界首 位，占世界总量的6 0 ％。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，预测资源量在7 0 亿吨以上。然而，我国绝大多数膨润土为钙基膨润土， 其性能差、质量不稳定，难于达到工业部门的应用标 准J 。钠基膨润土的物化性能优于钙基膨润土，其具 有吸水率大、膨胀容大、阳离子交换容量大、在水介质 中分散性好、胶质价大、热稳定性好等优点。人工对膨 润土进行改型是通过离子交换改变蒙脱石层间可交换 阳离子的种类，以达到改善蒙脱石或提高膨润土物化 性能的目的忙J 。因此，钙基膨润土的钠化改型，已成 为膨润土改型的主要技术之一。 在蒙脱石晶体结构中，s i O 四面体中的S i 常被 A 1 3 、F e 3 等置换，A l O 八面体中的A 1 3 则被M 9 2 、 F e 2 等置换，所以，蒙脱石层面带负电。为了使颗粒电 荷平衡，蒙脱石层间会吸附部分阳离子，这部分阳离子 在一定条件下可以被其他离子所置换，这也是膨润土 改型改性的理论基础∞J 。目前，对于膨润土钠化改型 的研究多集中在对钠化改型的反应原料、反应条件 等H 。5 』。本文在对钙基膨润土进行钠化改型前，先对 其进行酸化改型，试图利用H 置换出天然膨润土中的 c a 2 、M g “等，再利用酸碱中和反应对其进行钠化，以 获得较高纯度的钠基膨润土。 1 原料及设备 1 ．1 实验原料 本次试验原料为汉中天然膨润土矿样，经x 射线 荧光光谱分析可知 见表1 ，其主要矿物为蒙脱石、石 英、石灰石，另有少部分高岭石、云母等。由表1 可知， C a O ／N a 0 2 7 ．6 7 ，明显大于1 ，故该天然膨润土为钙 基膨润土。 表1 天然膨润土化学组成 质量分数 ／％ 1 ．2 实验设备 主要设备包括L D 4 - 2 离心机；8 5 2 恒温加热磁 力搅拌器；电子分析天平；台式鼓风干燥箱；电子恒温 水浴锅；X 一射线衍射仪；J S 9 4 G 型电泳仪；G S L - 1 0 1 1 3 激光颗粒分布测量仪。 2 结果及讨论 2 ．1 原矿膨润土的湿法提纯及其理化性质检测 2 ．1 ．1原矿膨润土的提纯 采用自然沉淀法对原矿膨润土进行提纯。取原矿 膨润土10 0 0 ．0 0g ，加水配成1 0 ％悬浮液，并加入浓度 为2 ％的分散剂六偏磷酸钠溶液，对上层悬浮液高速 分散、搅拌，制成一定料浆。搅拌完毕，将膨润土料浆 静置2 4h ，后对料浆进行2 0 0 目 0 ．0 7 4m m 湿筛，并 对筛上、筛下膨润土各自进行干燥，烘干后将所得筛下 膨润土研磨至- 0 ．0 7 4m m ，即得到提纯精矿。 本次实验中称取原矿10 0 0 ．0 0g ，获得原矿提纯样 为9 5 2 ．9 8g ，计算产率约为9 5 ．3 0 ％。 2 ．1 ．2 原矿膨润土的理化性质检测 膨润土分散于水溶液中，具有吸附次甲基蓝的能 力，其吸附的量被称为吸蓝量，以1 0 0g 样吸附的次甲 ①收稿日期2 0 1 4 0 4 1 0 作者简介畅捷 1 9 8 8 - ，女，陕西西安人，硕士研究生，主要从事矿床地球化学研究。 万方数据 4 1 8 矿冶工程 第3 4 卷 基蓝毫克当量数或克数表示。膨润土中的蒙脱石含量 越高，吸蓝量越多。因此，吸蓝量可作为粗略估价膨润 土矿中蒙脱石相对含量的主要技术指标。 膨胀容、胶质价是膨润土的两个重要物化工艺性 能参数，两指标显示了膨润土分散与水化的程度。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，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。膨润土遇水有明显的膨 胀性能，与盐酸溶液混匀后，膨胀后所占有的体积，称 为膨胀容，单位为m L ／g 。它与胶质价一样，与膨润土 的属型和蒙脱石的含量密切相关。 膨润土的性能测试依照G B ／T 2 0 9 7 3 2 0 0 7 旧1 与 膨润土物化性能测试暂行统一方法“ 1 进行。 分别对原矿、提纯样及提纯后杂质矿物进行吸蓝 量、膨胀容、胶质价的测定，结果见表2 。 表2 原矿膨润土理化性质对比 膨润土吸蓝量膨胀容胶质价纯度 类型 ／[ g 1 0 0g - 1 ] ／ m L g _ 1 ／[ I 儿 1 5g - 1 ] ／％ 由表2 可以看出，由提纯后杂质矿物_ 原矿- 提 纯样，各项理化性质指标均增大，显示出吸蓝量、膨胀 容、胶质价与膨润土中蒙脱石含量正相关的关系。经 自然沉淀法提纯，原矿膨润土吸蓝量由3 0 ．7 8g ／1 0 0g 增大到3 8 ．8 8g ／1 0 0g ，膨胀容由2 ．7m L ／g 增大到2 ．9 m l M g ，胶质价由3 4 ．0m L ／1 5g 增大到3 8 ．8m L ／1 5g ，获 得的提纯样纯度为8 7 。9 6 ％，说明该方法达到了提纯效 果。从实验结果还可以看出，钙基膨润土的各项理化 性能指标均偏低，要开发高性能产品，须对该矿进行改 性处理。 2 ．2 膨润土的改型及理化性质检测 2 。2 ．1 酸化流程及工艺参数 图1 为膨润土酸化流程图，其实工艺参数如下旧j 称取一定量提纯样膨润土，在1 0 0 _ 5 ℃下干燥2h ，使 其水分在1 5 ％以下。按照水一土一酸水混合液- 酸 一土的加料顺序，及一定量的酸用量 5 0 0k g ／t 和水 用量 水土 0 ．8 ～1 1 ，将反应物料加人反应釜中。 在8 5 9 2 ℃下，反应2 ～8h 。反应后，向浆料中加适量 清水，搅拌、沉淀一段时间，分出浓酸。重复洗涤6 ～7 次，洗至中性，期间可加入高效絮凝剂。最后，干燥洗至 中性的膨润土，粉磨至- 0 ．0 7 4m m ，即得酸性膨润土。 I 髓 I 弋 图1 酸化流程图 实验中称取3 5 ．0 0g 提纯样进行酸化处理，制得酸 性膨润土2 8 ．6 6g ，计算产率为8 1 ．8 7 ％。 2 ．2 ．2 钠化流程及工艺参数 图2 为膨润土钠化流程图，其实工艺参数如下一1 将碳酸钠配成浓度为3 ％～8 ％的N a C O ，溶液，按照少 许水_ 土- * N a C O ，溶液一适量水的加料顺序，将反应 物料加入反应釜中。控制温度在9 0 ～1 0 0 ℃之间，反应 2 4h 。最后干燥，粉磨- 0 ．0 7 4m l T l ，即得钠基膨润土。 钙基廖润土 I r 二翌生璺 堕 y比水 3 3 ．5 ％ 混合●挤压 丁 钠基膨润土产品 图2 钠化工艺流程图 2 ．2 ．3 改性膨润土的理化性质检测 本文分别采用先酸化再钠化 简称酸化 钠化 及 直接钠化对原钙基膨润土进行改性。实验中分别称取 提纯样钧．0 0g ，制得酸化 钠化膨润土3 3 ．5 6g ，产率为 8 3 ．8 8 ％；制得直接钠化膨润土3 6 ．9 8g ，产率为9 2 ．4 5 ％。 分别对酸化 钠化膨润土和直接钠化膨润土进行 鲁| 一 塑 一 舢‘【 塑兰 立 纯一 一量I 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月 畅捷等钙基膨润土的湿法提纯及钠化改型处理 4 1 9 吸蓝量、膨胀容、胶质价的测定，结果见表3 。 表3 钠基膨润土理化性质 膨润土 吸蓝量 膨胀容胶质价 类型 ／[ g 1 0 0g “] ／ m L g 一1 ／[ m L 1 5g 一1 ] 表3 显示，经钠化改性处理后，与钙基膨润土的提 纯样相比，两种钠基膨润土的膨胀容及胶质价均有提 高，说明钠化改性达到了提高膨润土性能的效果。其 中，直接钠化膨润土的各项性能指标均得到优化吸蓝 量为4 3 ．7 4g ／1 0 0g ，约为提纯样的1 ．1 3 倍；膨胀容为 1 0 ．1m L ／g ，约为提纯佯的3 ．4 8 倍；胶质价为9 9 ．2m L ／1 5g ， 约为提纯样的2 ．5 6 倍。而酸化 钠化膨润土的吸蓝量 却由提纯样的3 8 ．8 8g ／1 0 0g 下降到2 3 ．4 9g ／1 0 0g ，说 明，吸蓝量不仅与蒙脱石含量有关，还与蒙脱石的离子 类型有关。可见直接钠化膨润土的各项性能指标均优 于酸化 钠化膨润土。 2 ．3 X 射线衍射 X R D 分析 图3 为实验中4 种类型膨润土的X 射线衍射图， 由上至下依次为钙基膨润土提纯样、酸化膨润土、酸化 钠化膨润土以及直接钠化膨润土。最左边的峰即为 蒙脱石d 。。，晶面衍射峰。由图可以看出，蒙脱石d ∞。晶 。蚤崮 呐、，0 。√ 。式≥孓、～⋯．一 m h h ．～、一 0 0 050 0 01 0 ．0 0 01 5 ．0 0 02 0 ．0 0 0 2 0 ／ 。 图3 实验中膨润土X 射线衍射图 面衍射峰n 们在酸化膨润土及酸化 钠化膨润土中消 失，说明酸化破坏了蒙脱石d ∞。晶面的层间距，表现为 晶面间距杂乱无章，不趋向一个稳定值，故使其蒙脱石 衍射峰消失。直接钠化膨润土的d ∞。晶面衍射峰发生 了向右平移，与钙基膨润土相比，其d o o l 衍射峰明显加 宽，峰高减弱，说明膨润土 蒙脱石 的结晶度下降。 3 结论 1 吸蓝量不仅与蒙脱石含量有关，还与蒙脱石离 子类型有关，故该方法对于蒙脱石含量的测定有一定 局限性。 2 酸化处理破坏了蒙脱石d ∞。晶面的层间距，表 现为晶面间距杂乱无章，不趋向一个稳定值，故使其蒙 脱石衍射峰消失。 3 由实验结果可知，直接钠化的膨润土理化性质 优于酸化 钠化的膨润土。 参考文献 [ 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，2 0 0 5 1 1 2 - 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