膨润土的改性技术与应用研究现状

膨 胀 性 、阳 离子 交 换 性 、触 变 性 、增 稠 性 、润 滑 性 、 吸 附
不 同的焙烧温度对膨 润土 的比表面积 和在有 机溶液 中 的分散性也存在影 响。膨润土 比表面积 面积随着 焙烧温度
性 和脱 色性等一系列优 良特性 。能吸 收 自身体 积 ８ ５倍 ～１
升高 而增 大 ，但 当温度 超过 ４ ０ ５ ℃时焙 烧膨 润土 的 比表 面
的水量 ，体积膨胀倍数 至 ３ 倍 ；分散悬 泽陛使其在水 介质 Ｏ 中可分散 成胶体悬 浮液 ；为 了保持 电价平衡 ，在 蒙脱石 的 结构单元 层之 间存 在着 Ｋ 、Ｎａ 、Ｃ ２ ａ 等大 半径 离子 的
阳离 子 ，这些离子 可与 同性 电价离子 发生等 电量交 换 ，从
而使 蒙脱 土具 有阳离子交换 能力 。所 以蒙脱土具 有吸 附各 种气 体 、液体 、有机物 和有 色物质 的能力 。膨润 土按 交换
ｈｔ ：／ｗｗｗ．ｍ ｓ ｑ∞ｍ ・ １ ・ ｔ ｐ ／ ｃ ａｔ ． ｅ
２１ 年 ・ ６ ０１ 第 期
材料综述
中国材料科技与设 备 （ 双月 刊）
积则开始减小 ，６ ０℃ 时急剧 下降 。焙烧 温度 对分 散性 的 ０
动 以及挤压时产生 的大量热都加 速 了离子 反应 。因此 挤压
１ 膨 润土 的矿 物 学特 性 及 类 型
膨润土 又名 “ 斑脱岩 ”或 “ 土岩 ” 膨 ，是一种 以蒙脱 石 矿物成分为 主 的粘土 岩 ，图 １是 蒙脱 石 晶体 单元 层 结构 。
蒙脱石 又称 “ 晶高 岭石 ”或 “ 岭石 ” 微 胶 ，是一种层状 含水
的铝 硅 酸盐 矿 物 ，其 理 论 结 构 式 为 ：Ｅ‘ Ｈｚ ｛ （ ｚ 】・ｎ Ｏ Ａ１ 一
作用可 以促进钙基膨润土的钠化。
活化法 的优点是对设 备要求 低 ，易 于实施 。不足 之处
是改性效果有限 ，改性膨润 土的吸 附容 量和选 择吸 附性 无
法满足更高 的生产要求 。
２ ２柱 撑 改 性 ．
柱撑改性主要是用柱化剂 离子交换 膨润 土的层 间域物 质 。制备过程主要分 为三个步 骤 ：首先是 钠化 ，主要 是改
的膨 润 土用 于含 Ｃ ２ 废水 实验 发 现 ：与 原 土 相 比 ，经 过 ｕ 的
２ ３离子交换改性 ．
离子交换法是添加无 机、有机化合物或 同时加入无机 、 有机化合物于膨润土悬浊 液 中制成 复合矿物 。无 机化合 物
改性膨润土通常是将一些无机盐 （ｎ ｉ 铝盐 、镁盐 、铁盐等 ） 和膨润土按 比例搅拌混合 ，或用 啮合机或挤压机反复挤压 ， 堆 放几 天后 干燥 、破碎 即得到无机 盐改性 膨润 土，改性后
影响是膨 润土在有机溶剂 中的分散性随温度的提高而增大 ， 但当温度 超过 ６ ０ ０ｏ Ｃ后焙烧土分散性开始下 降 ，７０℃的焙 ０ 烧 土分散性开始急 剧下降ｌ 。另外 温度过高 会将使 膨润 土 ＿ 】 ］
失去结构 骨架 中 的结 合水 ，一ＯＨ结 构骨架 破裂 ，层 间 的 阳离 子缩合 到结构骨架上 ，其独特的卷边 片状 物也 会剥落 ， 吸附位点遭到破坏 ，这样离子交换的功能也会 丧失 。 膨润土的焙烧 活化程度还 和焙烧 时间有关 ，随着时 间 的增加焙烧膨 润土在有机溶剂 中的分散性变好 ，但 １ 后 逐 ｈ 渐趋于稳定 ，结果 生产成本考 虑 ，所 以在膨 润土 热活化 焙 烧时间上选择 １ ｈ左右 最佳 。李 梦耀 等［ 将 天然 膨 润土 在 ７ ］
０ 前 言
我 国的膨润土资 源种类 齐全 ，分 布广 。 目前 已累计探 明储量 ５ ． ７亿吨 以上 ，保有储量大于 ７ 亿 吨 ，仅次 于美 ｏ８ Ｏ
国 ，居世界第二 位 ，主要 集 中在 东北 和 东部 沿 海各 地Ｉ － 。 我 国丰富 的膨润土 资源为新 产品 的开发 和研究 、市 场 的开
的阳离子 种类 、含量 和结 晶化学性质等可分为钙基膨润 土、 钠基 膨润土 、镁基膨 润土及 钙 一钠基 膨润土 ，常见 的是钙 基膨润土和钠 基膨润土 。其 中钠基膨 润土 比钙基 膨润 土有 更高的膨胀性和阳离子 交换容量 。在 水 中分 散性好 ，且黏 性 、润滑性及 热稳定性 俱佳 。此 外 ，触变性 、热湿拉 强度 和干压强度也较好 ，所 以钠 基膨 润土性能更 好 ，利用 价值
弗炉 中在一定温度下 一定 时间即可 。随 着温度 的升高 ，膨 润土 中的部分羟基脱失 。裸露 的在外的断键 增多使 得矿物 比表面积增大 ，膨润土 的活性提 高 。但注意 但温度 不宜超
过 ５０ ，时 间 以 ２ ０℃ ｈ为宜 ，否 则 不 利 于 性 能 的 改 进 。
图 １ 蒙脱 石 晶体 结构
离子时单位化学式 的层 电荷数 ，一 般变化在 ０ ２ ． 。 ． ～０ ６１ Ｌ ］
化学 、机械等方法对膨润 土 的表 面进行处 理 ，达到改 变表 面物理性质 和化学 性 质 的 目的。下面 主要 介绍 活化 法［ 、 １ ］ 离子交换法和柱撑改性法［ 。 ４ “］
２ １活 化 法 ．
酸改性 的膨润土对 Ｃｕ ｚ 的吸附率基本不受水体 中离子强度
（ ＫＮ 调节 ） 的影 响 。此 外 ，酸 改 性 膨 润 土 还有 再 生 方 用 Ｏ３
法简单 、再 生后 吸附性能基本 保持 不变等 优点［ 。膨润 土 ９ ］ 层间金属阳离子溶解 于酸 ，层 间键能被削弱 ，层间距变大 ， 表面活性增 加。同时 ，金 属 阳离 子被 酸 中氢离 子 置换后 ，
的酸除去分 布于 蒙脱 石孔道 结构 中的杂 质 ，如有 机物 等 ，
使通道疏通后有利 于吸附物质 的分散 。酸 活化 的膨 润土不
９ ． ，并 达到吸附平衡 ；对 同等条件 下的 ｐ ２ ０７ ｂ 的吸附率
达 到 ８ ． 。 ８４
仅具有更好 的吸附性 和 白度 。还可 以增大膨 润土 的 比表 面 积及表 面酸位浓度 ，进而提 高其活性 。Ｅ ｅ 等［ 将 酸改性 ｒｎ ８ ］
２ ．中国地质大学 （ 北京 ）材料科学与工程学 院，北京
摘要 ：膨润 土是一种 重要 的非金属 矿产 ，资 源丰富 ，应 用广泛 。本 文在查 阅大量 文献 的基 础上 ，并结合课 题研 究工 作 ，对膨润土的 改性技术 、改性膨 润土的应 用与改性 效果进行 了系统的综述 。
关 键 词 ：膨 润 土 ；改 性 ；应 用 中 图分 类 号 ：Ｔ ８ Ｄ９ ５ 文 献 标 识 码 ：Ａ
２ 膨 润 土 的改 性方 法及 机 理
膨 润 土 的 表 面 改 性 是 指 根 据 对其 应用 的需 要 ，用 物 理 、
Ｍｇ ）［（ ｉ ）ｏｌ （ ｘ Ｓ，Ａ１ ｏ ０Ｈ） ｝ ］ ｚ ，Ｅ为层 间可 交换 的阳离 子 ，主要为 Ｃ 抖 、Ｎａ ａ 、Ｍ： 、Ｋ ，Ｘ为 Ｅ作 为一价 阳
更大 。
拓 、竞争力 的提高等 奠定 了基 础 。并且 膨润 土矿资 源高度
集 中，有利于组建大 型企业 集 团，建 立大 型生 产基地 ，使
膨润土产业 向专 业化 、规模 化 、集约 化 的方 向发展 。 目前
我 国膨润土 主要 应用 于冶金 、石 油 、铸造 、水 净化 和污水 处理 、阻燃剂 、涂料等领域 。
３ ０ ０ ℃焙烧 ，将所 得产物用 于含 Ｈ 。和 Ｐ 模拟 废 ０ ￣６０ 。 ｂ
水的吸附处理发现 ：４ ０ ５ ℃下焙烧 的膨润土效果最佳 ，与原
土相 比，对 Ｈ 和 ｐ ２ ｂ 的去 除 率 分别 提 高 了 ２ ． 和 ８Ｏ
３ ． ％，且焙烧后 的膨 润土对 Ｈ 的吸附容量和吸 附效率 １７
性 ，增 强其 吸附能力 。Ａ ｉ 对 表面活性剂 氯化十 六烷基 ｔ ［］ ａ
吡啶改性的膨润 土进行 Ｉ Ｒ、Ｘ Ｄ等分析发现 ：表面活性剂 Ｒ 进入到了膨润土的双分子层结 构 中，且不会 因为水 洗而脱
液 比、反应时间 、反应酸 度、反应 温度 、干燥 时 间、搅 拌 速度 以及漂洗条件等 。因此在确定 酸活化最佳 工艺 条件 时
中国材 料科 技与设备 （ 双月刊）
膨润 土的改性技术 与应 用研 究现状
２ｌ Ｏ １年 ・ ６ 第 期
膨 润 土 的 改性 技术 与应 用 研 究 现 状
武海燕Ｈ ，廖 经慧 ，杜 高翔。
（．内蒙古化工职业学院材料系 ，内蒙古 １ 呼和浩特 ００１ ； １０ ０
１０ ８ ） ０ ０ ３
活化法中常使用 的的方法有 焙烧 法 、酸活化 、机 械力 活化等 。
２ １ １焙 烧 法 ．．
在不 同的温度下焙烧通 过挥发 和燃烧使 蒙脱石表 面及
●一 硅 ｌ ●— 铝 （ ） ｌ 馁 ０— 氧
结构层间 的水分子和有 机质蒸 发掉 ，使黏土 矿物结构 变疏 松 。操作也十分简单 ，只需将 膨润土 置于恒 温干燥 箱或马
一
的膨润土的吸附容量 有明显 的提高 。这种方法 主要 是利用
膨润土层间具有 可交 换 阳离子 的反应 活性 ，把 无机 改性剂 引入层 间 ，调控层 间域 ，从而改 变层 间结 构 ，提高 表面 活
部分氢离子又被溶液 中的铝离子 取代 ，形成 吸附能力 更
强 的铝离子或碱基铝离子 ；影 响酸活化 膨润土 质量 的因素 很多 ，如膨润土质量 、活 性剂 、投 料顺序 、打浆 时间 、固
都大幅增பைடு நூலகம் 。
２ １ ２酸 活 化 ．．
一
定温 度 、固液 比下，用一 定浓 度 的酸 溶液 （ 酸 、 硫
盐酸 、硝酸 、草酸等）浸泡灼烧 处理过 的膨润 土一定 时 间 后 ，沉降分离出硫酸 ，然后用 水洗 至 ｐ Ｈ值 近于 ７ ，过 滤、 烘干 、破碎 即可 。酸化改性膨 润土 的机 理是 利用不 同浓度
基金项 目：国家科技 支撑计划项 目 （Ｏ １ Ａ ｏ Ｂ ６ ２ｌＢ Ｂ ３ ｏ） ＊ 作者简介 ：武海燕 （９４ ，女 ， １７ 一） 讲师，硕士研究生 ，主要从事材料工程技术方面的 研究 。 － ａ ｕ ￣ ｒ９ ７ ６．０ Ｅｍ ｉ ｗ ｌ ｙ ｄ ９＠１３ｃ ｈ ＇ ａ ｍ ｍ； 通讯联系人：杜高翔 （９ ６ ，男 ，博士后 ，副教授 ，主要 从事矿物材料方面 的研究 。Ｅ ｍ ｉ ｄ ｘ ｕ ｂ ｅｕ ｃ １ ７ 一） － ａ ： ｇ ＠ｃｇ ．ｄ ．ａ ｌ
Ｆｉ． Ｃｒ ｓａ ｔｕ ｔ ｒ ｆｍｏ ｔ ｒ ｌｎｔ ｇ１ ｙ ｔｌｓｒ ｃｕ ｅｏ ｎ ｍｏ ｉｏ ｉ ｌ
除 了蒙脱石 ，膨 润土中常含有少量 的伊利石 、高岭 土、
沸石 、长石 、方解石 等矿物 ，所 以具 体膨 润土 的性质 还与 蒙脱石 的种 类 和含 量有 关 。大致 来 讲膨 润 土具 有 吸水性 、
善膨润 土组成 、结构 、阳离子 交换性 和层状结 构的可 膨胀 性 等性质 ；然后是柱化剂 的合成 ，注意 合成过 程 中金 属离 子 和氢 氧根 的 比例 、反 应温 度 、ｐ 值 、滴 加 速度 、老化 Ｈ 温度及 老化 时间等条 件 的选择 。 目前柱化 剂的种类 有 ：有 机 阳离 子、无机 柱化 剂 （ 属簇 、聚合 羟 基金 属 阳离 子 、 金 氧化物溶 胶及混合 氧化物溶 胶及杂 多阴离子 等） 、有 机／ 无 机柱化剂 （ 有机金属 阳离子 、模板剂等） ；最后是将制备得 到的柱化剂缓慢 加入到一定浓 度钠基膨 润土泥 浆 中，同时
搅拌 ，使其 在一定 温度下进行 柱化 反应 。洗涤 、干燥 即得 到柱撑膨润土。任广军等［ ］ １ 以羟基铁铝为柱化剂制备 了 “ Ｆ —Ａｌ 撑 膨 润 土 ，将 改 性 膨 润 土 用 于 吸 附水 体 中 的 ｅ 柱
Ｃ ２ Ｐ 抖 离 子 ： 当改 性 膨 润 土 投加 量 为 ０ ５ｇ时 ，在 ６ ｕ 和 ｂ ． ０ ｍｉ ｎ内对 ２ ５ ｍＬ浓 度 为 ５ ／ ０ ｍｇ Ｌ的 Ｃ ２ ｕ 的 吸 附率 达 到