膨润土防水毯应用技术与市场分析

膨润土防水毯应用技术与市场分析

一、前言

膨润土是我国开发利用较早的非金属矿物之一，由于其物化性能非常独特，所以在许多传统工业如铸造、钻井泥浆、铁矿球团中的应用悠久历史。随着科技进步，膨润土的许多新用途也在被不断研发出来，其产品价格大大高于传统产品。本文将主要介绍一种新的膨润土产品，即我院借鉴国外技术研发的膨润土防水毯加工工艺及装备。

二、国内膨润土开发利用现状

1、膨润土的传统用途

目前，人们利用膨润土粘结、吸附、催化、增稠、触变、膨胀、脱色等性能开发产品数以千计，广泛应用于冶金、钻井、建筑、环保、农业、化工、食品等24个领域100多个部门。

由于具有许多独特的性能，膨润土在传统应用中主要被用做：铁矿球团、铸造、钻井泥浆、酒及饮料澄清剂、干燥剂、纺织印染、活性白土、石油化工催化剂、动物垫圈除臭猫砂、废水处理剂、核废料处理的应用、涂料、陶瓷、助悬剂、吸附剂、过滤剂、乳化剂及软膏基质、粘合剂、载体、赋形剂、动物饲料、化肥、农药、膨润土在电池中的应用、膨润土在灭火剂中的应用、锅炉和管道保温涂膏等等领域。2、国内膨润土工业现状和技术水平

据有关资料统计，目前国内膨润土加工企业有200多家，多数为中、小规模生产企业，年产量超过１万吨的矿山企业有20多家，其总产量约200—210多余万吨，生产能力300万吨以上，主要为粗加工产品。生产能力较大的省份有辽宁、河北、浙江。我国膨润土原矿或粗粉加工产品产量约160-170万吨。深加工产品，包括人工钠化钙基膨润土、活性白土及有机膨润土的制备等，总产量约30—40万吨。从生产布局看，我国主要膨润土生产企业主要集中在浙江、吉林、辽宁、新疆、河北、河南、湖北、安徽等省区。

目前, 我国膨润土矿开采方法有露采和地采。其中露天开采矿山占90％。按产量计露天开采占75％。地下开采的主要有浙江省临安膨润土矿、吉林刘房子膨润土矿、吉林九台膨润土矿等。目前我国膨润土资源综合利用程度较低，矿山企业普遍存在技术落后，经济效益低的问题。目前国内绝大多数矿山都不经选矿，经手选后晾晒、风干或用干燥炕、烘干炉干燥后，再用雷蒙磨和其它辊碾机碾磨粉碎成用户所需的产品，产品蒙脱石含量在50-85%之间，原矿开采成一般都在80元／吨以内，粉矿生产成本也不超过150元/吨。产品主要供应膨润土的传统用途用户。湿法选矿一般用来处理低品位膨润土，或为了获得高档产品结合生产工艺进行。采用湿法的选矿膨润土矿山企业很少，产量十分有限，产品蒙脱石含量一般在85-95%之间。

我国膨润土资源丰富，品种齐全，也不乏优质品种，基本不需要依赖国外资源，比如新疆夏子街的膨润土，其原矿质量甚至可与美国怀俄

明的土相媲美。但产品质量与国外差距较大，主要原因是膨润土的提纯和深加工技术和设备上，

虽然国内膨润土应用范围已涉及20多个领域，但是传统工业领域还是占绝大多数，产量虽然很高，但产品的附加值很低，而不断开发的膨润土新的用途虽然用量很少，经济效益却非常明显。比如，防水材料、净水剂、增稠剂、凝胶材料等。

三、膨润土防水毯应用技术

1、膨润土防水毯基本情况介绍

膨润土防水毯是一种新型的复合土工合成防水材料。防水毯内膨润土的厚度一般为4毫米，底层为土工纤维布，上层为无纺布，中间为经过处理的膨润土，因其貌似毯状，故称其为膨润土防水毯。其优点是：原材料成本低；防水性能好；自我愈合能力强；安装、施工方便；单位面积质量小，每平米原料用量只有几公斤；抗剪切强度高；冻融循环能力强。

目前市售的产品规格一般为：宽幅2米、4米、6米不等，长度20米到60米不等。

膨润土防水毯是国外开发不久的新型防水产品。目前国内已生产该产品的厂家有9家，有使用国外的工艺和技术，近两年，由于我国的经济建设发展很快，对新材料的需求量越来越大，发达国家纷纷看好我

国防水材料市场，有的企业在我国直接投资办厂，也有的在我国设立产品销售代理机构。

膨润土防水毯已在世界上许多重要工程中使用，并证明具有很好的防水防渗效果，据有关资料介绍，在同比条件下，膨润土防水效能可达传统的五层防水，且耐久性能优良。但其高昂的价格使国人难以接受，2004年北京绿色建材博览会上获悉，英国某公司的产品在中国市场的售价为80元/平米，在国际市场的售价约13美元/平米，同样规格的国内合资厂的产品在国内市场的售价为30多元，远远低于国际市场的售价。

除以上介绍的以外，膨润土防水毯还具备使用范围广、耐久性好的优点，特别适合于人工湖、垃圾处理场、隧道、水渠、建筑物地下防水、楼顶花园防渗漏，水处理厂防漏以及具有含有害元素或重金属离子的垃圾焚烧灰填埋场等等。经过试验，膨润土可耐受多次的冻融循环，由于膨润土是一种天然的矿物，在遇到多种外界条件下不分解、不变质，其使用寿命可达一百年以上。

在防渗工程中，该产品可单独使用，也可与压实黏土防渗体组合使用，当设计方案允许使用黏土、沥青、混凝土、土工膜、膨润土防水毯做防渗层时，膨润土防水毯则显示出很强的竞争能力。其产品本身具备如下特点：1）因膨润土与非织造土工织物纤维充分缠绕，止水性强，耐冲刷，且不会因干湿和冻融反复循环而降低防渗性能，且可在—30℃以下气候恶劣环境下进行施工。2）、任何可能的漏水点都会

因为膨润土的迁移而自愈合，接缝处的叠合只需15厘米，并均匀撒上一定量的干粉土即可满足防渗要求。3）、施工简单方便，产品体积小，成卷包装便于运输和安装。4）、属无机环保材料：无毒、无味、无污染，真正的绿色建材。

与黏土和土工膜相比，，该产品还具有如下优势：1）比压实黏土衬体积小、重量轻、施工简便抗剪强度和抗拉强度高。2）、与土工膜相比该产品柔性好，较好地适应不均匀性沉降；具有更好的界面摩擦性，对铺设场地的要求比土工膜低；因为有外裹织物的保护，使其不易被刺破或划破而导致失效；与管道和建筑物周边连接时施工更简便，接缝处的密封性更好；使用寿命更长。

膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的粘土矿，通常含量范围为40%～90%，其杂质主要有高岭石、石英、方英石、伊利石等。膨润土的性能与蒙脱石类型和含量有关。

蒙脱石晶体化学成分复杂，变化大。晶体中的低价阳离子常常置换高价阳离子，使结构层产生多余的负电价。为了保持电中性，在结构层之间除水分子外，存在较大半径的阳离子Na+、Ca2+等，因此膨润土就被划分为钠基土、钙基土。由于阳离子的可交换性，使蒙脱石族矿物具备了很多有价值的特性，比如离子交换性、吸水性、膨胀性、触变性、粘结性、吸附性等。

遇水时，膨润土可吸附是自身重量几十倍的水量，吸水后体积可增大数十倍。由于膨润土这种优良的特性其广泛用于防水材料领域。

用于防水材料的膨润土首选优质钠基土，这是由于钠离子在水中容易分散，钠离子半径大，电荷低，在水中更易分散且分散层数多，钙基土则相反，钙基土的膨胀速度虽然快，但是其膨胀的倍数比钠基土低，因此，选择高膨胀倍数的天然钠基土是本项目的先题条件。防水毯中的膨润土遇水后，水分子能够进入膨润土晶格之间，使其晶格膨胀，由于膨润土防水毯在施工时，按要求其上部要覆盖20公分厚的覆盖层将其压实，所以当其遇水膨胀时，其体积增大25倍以上（美国材料与实验协会标准），使其内部形成负压，即达到了防水的效果，因此膨润土防水毯是一种绿色环保型的防水防渗材料。

2、应用情况介绍

国内采用的传统防水办法，在效果上不是很理想。而国外一些发达国家采用的膨润土防水材料虽效果好，但因价格较高在国内较少被采用，我国前几年只在少数的国外独资工程中使用，随着膨润土防水毯的国产化，价格也只有进口产品三分之一，我国许多工程也开始使用膨润土防水毯，椐有关资料记载，膨润土防水毯应用十分广泛，可用于市政、环保、水利、公路、铁路、垃圾填埋场、水利工程及工业与民用建筑地下防水防渗施工，比如在垃圾填埋场、污水处理厂使用，具有良好的防渗功能、加固功能；在水利工程中使用，可提高灌渠的防渗作用，还可以提高大坝、河堤的强度，避免和减轻水土流失，大堤发生管涌的隐患；地铁工程的防水防渗，公路的路基和边坡，桥梁的基础防水可以改变道路的性能，提高路面的承载能力，延长公路的

使用寿命；在工业民用建筑工程使用，可以提高防水的可靠性和耐久性；以及在矿山、人工湖、隧道、游泳池等处均可使用。

3、膨润土防水毯产品标准及对原料的技术要求

目前，我国尚没有针对膨润土防水毯的专用标准，对用膨润土的技术要求也不多，各个厂家大都根据美国ASTM标准、韩国标准来制定自己的企业标准。如某中韩合资厂家，其技术标准完全按韩国标准执行，按其规范要求必须使用天然钠基土。美国ASTM D5890，要求膨润土的膨胀指数要大于24。而我国对膨润土原材料尚没有明确标准，事实上，膨润土的类型、蒙脱石含量、吸水率、膨胀指数都应该是防水毯用膨润土的重要技术指标。

对于膨润土防水毯使用的土工布，各国均有一定标准，我国近年来相继颁布了多个相关的标准。但涉及到土工合成材料应用、测试的标准有18项，均是近年颁布的，而膨润土防水毯标准，我国现采用的均为美国材料与试验协会标准。

对于膨润土防水毯的原料要求，有文字报道的很少，目前国内的厂家有选用天然钠基土的，也有选用人工钠化土的，但是无论选择什么原料，其膨胀倍数必须满足产品的质量要求。我国的膨润土资源虽然比较丰富，但是能达到要求的优质天然钠基土不是很多。有些厂家由于没有找到优质天然钠基土，加之价格的原因，而不得不采用钙基土进行人工钠化处理，其钠化方法非常简单，即在钙基土中加入一定量的碳酸钠，然后加水搅拌，放置两天使其均化后即可使用。有业内人士

明确提出：人工钠基土使用寿命短，如果使用必须经过百年老化实验。美国对防渗膨润土提出pH为中性或弱碱性要求，试验证明膨润土pH越高，其抗渗能力会随时间递减，甚至半年就完全失效，特别是人工钠化的膨润土。

我国多数天然钠基土的膨胀倍数达不到膨润土防水毯所需的质量要求，膨胀指数要大于24。就必须首先在选择高质量原矿的同时，对原矿进行提纯，去除高岭石、石英、方英石等杂质矿物，在可能的情况下，对其进行再钠化处理，提高碱性系数，也可以通过添加有机高分子材料的方法使其膨胀系数发生变化，但其成本增加很多，如果材料和用量选择得当，这种方法还是可行的，既达到了使膨润土膨胀24倍的质量要求，又不增加太多的成本，在此方面，咸阳非金属矿研究设计院做了一些工作，通过选用有机高分子化合物和其他原料，使膨润土的膨胀倍数提高到了100多倍，但是这种产品更适合另作它用，在此不再赘述。

膨润土防水毯生产工艺并不复杂，但需要专门的生产设备，其重点是在对原料的处理方面。目前我国尚没有厂家生产膨润土防水毯专用设备。而国内已有的膨润土防水毯生产企业，多数都是引进国外全自动化膨润土防水毯生产线的，也有的企业自主研发的生产

线。生产膨润土防水毯的厂家也同时生产辅助材料，辅助材料有：膨润上防水粉，浆状膨润土，防水条，这些辅助材料配合膨润土防水毯铺设共同使用。

四、膨润土防水毯市场分析

1、防水材料市场总体评价

改革开放以来，我国的经济建设速度发展很快，建筑防水材料的消耗量随之增长，平均增长率达到30%以上，特别是新型防水材料增长很快。据有关资料显示，在品种众多的防水材料市场，作为防水材料新贵的膨润土防水毯，因其是最近两年才开始进入市场的，其消费总量还微不足道，甚至在中西部很多地区还没有出现使用该产品的先例，国内使用量较多的地区主要集中在东部大城市和经济发达地区。目前我国防水材料市场每年的防水材料总需求量超过5亿平方米，需求量最大的为地下防水工程，其次为屋面工程，以及厨卫防水，我国防水材料品种中所占比例最大的是SBS改性沥青防水卷，占50%以上，其次为APP改性沥青防水卷材。如此大的防水市场为膨润土防水毯提供了广阔的空间。

我国近年来防水材料市场变化很大，消费结构从传统的以工业和民用建筑为主要对象，逐步向以市政建设、大型水利建设工程转移。在这些领域中，膨润土防水毯与其他防水材料相比优势明显。

在膨润土防水毯的应用领域，首先，在大型水利工程中的使用应该是一个潜在的应用领域，在国家发改委2004年12月颁布的[中国节水技术大纲]第二章中明确指出“推广采用经济适用的防渗材料。。。。鼓励在试验研究的基础上，使用复合土工膜、改性沥青防水卷材等土

工膜料以及聚合物纤维混凝土、土壤固化剂和土工合成材料膨润土垫等防渗材料；加强不同气候和土质条件下渠道防渗新材料、新工艺、新施工设备的研究；加强渠道防渗防冻胀技术的研究和产品开发”。近年来，节水灌溉作为解决我国水资源日益短缺的一项革命性措施，正得到国家领导人前所未有的高度重视，全国节水灌溉事业的快速发展，带动了节水灌溉产品市场的迅速增长，市场需求量大幅增加，从事节水灌溉产品生产的企业逐渐增多，迎来了我国节水灌溉产业化发展的大好时机。

根据节水灌溉和旱作农业分区发展规模预测，“十一五”期间全国计划发展农田节水灌溉面积1.5亿亩，在相应的投资方面，发展1.5亿亩农田节水灌溉面积需投入1000亿元，其中渠道防渗工程350亿元。根据“十一五”期间全国节水灌溉和旱作农业的发展规模，国内市场对节水灌溉产品、材料和制剂的需求预测为：在高效输配水设备与新产品研发方面，国内外普遍将高分子材料应用在渠道防渗中，尤其是在高分子膜料的应用上已取得不少实用的成果。如宽幅高分子膜料的规模化生产、齐全的规格品种都能满足目前市场的需求，但薄膜易刺破和在冻胀地区易受浆融破坏的问题还没有很好的解决。因此，“各国都正在不断研究开发技术可靠、经济合理的高分子合成新材料，如德国和美国开始应用一种新型复合土工合成防渗材料膨润土防水毯，该材料利用膨润土膨胀防渗的性能，利用土工织物承载和护面结构，具有防渗性能好、抗刺穿性能强的特点”。目前，我国利用的渠道防渗防冻材料多以保温、整体刚性的防渗防冻胀措施为主，适应性较差、

易损坏且成本较高。膨润土防水毯的主要原料为天然矿物，性能优越，是我国现有的渠道防渗防冻材料的最好的替代品。2003年，我国南水北调工程已经开始启动，包括引水工程，预计15年内，每年需要地下防水工程材料在4000万平米以上。通过三峡工程膨润土防水毯的应用成功，必将带动我国南水北调水利工程对其需求量的大增。

其次，城市垃圾已成为困扰城市发展和影响城市环境的严重问题之一，全国每年要建成500—700个垃圾填埋场，按平均每个垃圾填埋场为5万平米计，消耗膨润土防水毯为2500-3500万平米。膨润土用量为12.5-17.5万吨。

第三，2003年，全国已经开工和拟建的污水处理厂有1000多个，投资3000多亿元，加上越来越多的城市生活小区中水回用系统的建立，以及城市绿化系统、人工湖的使用量，需要防水材料1200多万平米。

由于膨润土防水毯具有成本低、效果好、易施工等优点，可以预言，在未来的若干年内，其在防渗工程中的应用必将更加广泛。消耗量将大幅增加，目前国内现有的几个膨润土防水毯生产厂家经营业绩成倍增加，国内现有多家企业对该产品表现出了浓厚的兴趣，计划上马，但由于该产品对膨润土的要求较高，企业对原料和加工技术不掌握，所以真正上项目的企业并不多，据了解，今年又有几家外资机构计划在中国建立合资厂，生产膨润土防水毯。经过以上分析，我们认为膨

润土防水毯产品在未来的10年内国内对其的需求量应该保持持续增长的态势。

通过参阅有关资料，在未来的十年内，膨润土防水毯的市场需求量将会保持大幅增长的趋势。在这段时间内，其利润率将保持较高的水平。国内目前的产量总和为2000多万平米，2-3年后的市场需求量将远远大于这个数字，由于膨润土的独特性能，该产品在今后势必会代替现有的普通防水材料。特别是当前人们对环保及节能的认识程度越来越高，该产品在国内防水材料市场一定会越来越普及。

世界上较早开发利用膨润土防水毯的国家是韩国和英国，由于其的独特的性能，很快被美国和欧洲国家所认知，目前已在世界发达国家被广泛使用。比如，在只有3000万人口的韩国，此产品的加工企业就有4家，该产品在其国内得到了充分的利用，而中国的经济正处于上升阶段，国家又颁布了有关环保和节能的多项法律法规，拥有13亿人口的中国，各种需用防水材料的工程建设随处可见，有理由相信，性能更加优越的膨润土防水毯一定会替代目前的普通防水材料，在防水领域处于主导地位。

然而，随着人们对其认识程度的逐渐深入，投资膨润土防水毯的企业也将会增加，其销售市场也将面临挑战和调节。目前国外进口产品在中国的市场售价为70—80元/平米，而国内企业的产品销售价为35—38元/平米，最低也要28元/平米。所以该产品的利润空间是相当大的。

目前，国内只有5-6个膨润土防水毯生产企业，各企业的销售量增加较快，效益较好，但以后肯定有更多的新建膨润土防水毯生产线投产，市场竞争也会逐步出现，但最终供需平衡或生产过盛的时间至少可能到十年以后。

随着膨润土防水毯在我国的发展十分迅速，使用日益广泛，可以说，迄今为止几乎已渗透到水利、环保、土木工程的所有领域。2001我国新颁布城市垃圾卫生填埋技术规范（CJJ17-2001，J122-2001）和土工合成材料应用技术规范（GB50290-98），已将膨润土防水毯列入规范，为膨润土防水毯的推广使用铺平了技术市场，也为今后更好更广地应用，提供了十分良好的环境和条件。

2、存在问题

我国膨润土防水毯的实际应用已经有2-3年的时间，产品推广的最大障碍有如下几个方面：（1）、我国尚未制定与其相适应的技术规范，国内设计单位在以往的工程设计中没有设计使用过这种材料，也没有现成的规范可以遵循。（2）、建设单位对这种新材料的使用还存有疑虑。（3）、市场对该产品还存在认知程度问题。

六、结束语

目前，膨润土防水毯的应用领域正在不断被发现，性能更优越的防水材料也在研发之中，根据我国的资源情况，可完全满足膨润土防水毯原料要求的土资源很少，既就是现有的生产厂家，也有部分企业因无法得到质量指标能达到要求的优质钠基土而不得不选用钙基土进行

人工钠化。符合质量要求的优质钠基土资源以及钙基土的人工钠化工艺现已成为制约膨润土防水毯进一步开发利用的瓶颈，建议有关科研设计单位加大对其的研发力度。就该产品的市场而言，其发展空间非常之大，随着人们对其的认知程度的不断提高，其应用领域及使用量势必大大提高。