膨润土的加工技术及其综合利用[1]1

膨润土的加工技术及其综合利用

许家亮1，郑再宏2，李月芬3，王冲3

（1浙江三鼎科技有限公司，浙江绍兴，312071；2临安市思特富化工机电设备有限公司，浙江临安，311300；

3临安福龙吸附剂厂，浙江临安）

摘要：概述了膨润土的加工技术优异性能及其综合利用。

关键词：膨润土；蒙脱土；活性白土；颗粒白土；改性膨润土；白炭黑；综合利用；

1 膨润土的优异性能

膨润土(英文名Bentonite)又名膨土岩、斑脱石、甘土、皂土、陶土、白泥，俗名称观音土。是以蒙脱石为主要成份的粘土矿物，其化学成份相当稳定，被誉为“万能石”。蒙脱石是由二层共顶联接的硅氧四面体片夹一层共棱联接的铝（镁）氧（氢氧）八面体片，构成2:1型含结晶水的硅酸盐矿物。是粘土类矿物大家庭中晶体结构变异最强的矿物之一。蒙脱土(Montmorillonite)是属于蒙脱土族的矿物，蒙脱土族矿物共发现11个，他们是滑间皂土、贝得土、锂皂土、蒙脱土、钠脱土、皂土、锌皂土、斯皂土、锂蒙脱土、铬蒙脱土和铜蒙脱土等，但从内部结构来讲可分为蒙脱土亚族（二八面体）与皂土亚族（三八面体）。蒙脱土是典型的层状硅酸盐矿物之一，但是与其他层状硅酸盐矿物不同之点是层与层之间空隙特别大，这样就可在层与层中含有不定数量的水分子及交换性阳离子。通过衍射仪慢速扫描的试验结果表明蒙脱土的粒度已接近纳米级，是天然纳米材料。

在多水条件下，膨润土晶体结构非常微细，这一特殊的微细晶体结构决定其有许多优良特性，如高分散性、悬浮性、膨润性、粘结性、吸附性、阳离子交换性等。因此，膨润土被称为“千种用途矿物”，国内外将其广泛用于冶金球团、铸造、钻井泥浆、纺织印染、橡胶、造纸、化肥、农药、改良土壤、干燥剂、化妆品、牙膏、水泥、陶瓷工业、纳米材料、无机化工等领域。

我国的膨润土资源极为丰富，遍布26个省市，储量世界第一。目前我国膨润土发展较快，应用已达24个领域，年产量已超过300万吨。

2我国膨润土概况

中国膨润土矿以其分布广、埋藏浅、易采掘及品种齐全为特点。除钙基膨润土外，相继发现了大型优质的钠基膨润土。钠基膨润土保有储量58633．4万t，占总储量的24％。此外还有钠基膨润土远景储量35158．6万t。除钙、钠基膨润土之外的铝、氢基等类型约占42％。据43个矿床统计，平均蒙脱石含量为63％，明显高干规范所要求的平均工业品位（大于或等于50％）。其中四川的膨润土矿4个矿床平均品位为88％。特大型矿床以广西宁明县宁明矿床最高，达62．67％，中型以广西田东县田东矿床最高，达72．5％。而新疆和布克赛尔蒙古自治县乌兰林格-日月雷矿为品位最低的特大型矿床，蒙脱石含量仅为48％。大型、中型矿床共计43个，占全部矿床数50％，而其保有储量则占绝大部分，表明矿床规模之大。与膨润土伴生的矿产以高岭石和伊利石最为普遍，有的矿床与凹凸棒石共生，如盱胎县雍山凹凸棒石粘土矿区。东北一些膨润土矿则与沸石共生，如黑龙江的勃利县团山及海林县的沸石-膨润土矿床，吉林省的九台市羊草沟和银矿山膨润土-沸石矿床等。华东一带有与残留母岩-珍珠岩伴生矿床，如江苏丹徒县垂山和安徽省宣州市水东的珍珠岩矿床。中国膨润土矿床多位于丘陵区，埋藏较浅，覆盖层厚度一般1～15m，适于露天开采，少数矿可用地下开采。矿石一般可选性能良好，部分矿山曾进行干法或湿法选矿试验。

中国膨润土矿床可分为三大成因类型，即火山沉积型、风化残积型及热液型。不同膨润土成因、不同的杂质种类含量，对蒙脱石的提纯方法也有所差异。蒙脱石的高纯化是蒙脱石产品深度开发的必然之路，是蒙脱石高附加产品高端开发的基础。因此，由膨润土衍生的各种高档产品，首先必须去掉杂质，提高蒙

脱石含量。

蒙脱石成分为(Na，Ca) 0.33 ( Al，Mg)2[Si4O10](OH)2·nH2O，基本结构为由Si-O四面体层与AIO(OH)八面体层以2比1比例构成网架状结构，为双八面体和层纹状组合结构（图1）。如果让有机高分子和无机物在纳米尺度上进行复合，得到的材料既体现了无机材料的刚性、尺寸稳定性、耐热性，又显示了聚合物韧性、可加工性、耐化学药品性和良好的电性能。

图1 蒙脱石的晶体结构

蒙脱石具有电负性，对胶体性质和流变性能影响很大。电负性主要来自三方面：晶格置换连同内部的补偿置换形成的晶格静电荷，每个晶胞约为0.66；破键产生的电负性；八面体片解离形成的电负性。

蒙脱石以其层间可交换阳离子的种类、含量划分属型，当某一阳离子的含量超过阳离子交换容量(ΣEC)50%时，即以该阳离子命名，例如钠基蒙脱石(ENa+/ΣEC≥50%)、钙基蒙脱石(ECa2+/ΣEC≥50%)、铝基蒙脱石(EAl3+/ΣEC≥50%)。当层间没有一个阳离子含量超过50%交换容量时，则以含量最多的两个阳离子命名，如钙钠基蒙脱石、钙镁基蒙脱石等等。

蒙脱石（(MxnH2O)(Al2-xMgx)[Si4O10](OH)2）的晶体结构属于单斜晶系C2/m空间群，a0»0.523nm，b0»0.906nm，c0值可变，当结构单位层之间无水时c0»0.960nm，如果结构单位层之间有水分子存在，则c0值将随水分子的多少以及层间可交换的阳离子不同而不同，Z=2，为2:1型层状结构。在铝氧八面体层中，大约有1/3的Al3+离子被Mg2+离子取代，为了平衡多余的负电价，结构单位层之间有其它阳离子进入，如Na+、Ca2+等离子以水化阳离子的形式进入结构，但水化阳离子和硅氧四面体中O2-离子的作用力较弱，在一定的条件下这些水化阳离子容易被交换出来，因此，c轴可以膨胀以及阳离子交换容量大是蒙脱石的结构特征。

3 膨润土的加工技术

自然界的膨润土(Bentonite)绝大部分为钙基膨润土。钙基膨润土较钠基膨润土性能差，所以生产厂常用人工钠化的方法将钙基膨润土改型为钠基膨润土。为了应用上的方便，便将钠基膨润土区分为在人工钠基膨润土和天然钠基膨润土。

3.1 膨润土的钠化技术

3.1.1 膨润土的钠化技术

膨润土的钠化改性技术见著于文献或公开的技术大致如下：

悬浮液法是在大水箱中加入10%以下的钙土和相应比例（钙土质量的5%~7%）的碳酸钠（纯碱）搅拌成浆液，进行钙钠交换。在低浓度下的钠化效果差，钠交换率不高。

堆场钠化法如意大利SAMIP-PONTINE公司是在原矿堆场中把2%~4%的碳酸钠粉撒到含水大于30%的原矿中，翻动、拌和、混合、碾压，再堆积老化10天，然后干燥，粉磨成产品。

轮碾钠化法以原联邦德国SUD一CHIMIE公司为代表，将湿的原土、碳酸钠粉和少量丹宁置于轮碾