膨润土的性能及其应用

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・行业发展・

崔学奇:男,26岁,硕士收稿日期:1999年4月8日

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膨润土的性能膨润土又名膨土岩、斑脱岩,有时也称白泥,是一种性能十分优良,经济价值较高,应用范围较广的粘土资源。膨润土主要是由蒙脱石类矿物组成的粘土。质纯的膨润土较罕见,大多数含有不等量的杂质,如石英、长石、云母、沸石、黄铁矿等。膨润土通常为白色,也有浅灰色、乳酪色、浅红色、肉红色、砖红色、褐红色、黄绿色、黑色、斑杂色等,呈油脂光泽、蜡状光泽或土状光泽,贝壳状或锯齿状断口。

蒙脱石的晶体结构由两层硅氧四面体晶片中间夹一层铝氧八面体晶片组成,属2∶1型层状硅酸盐矿物。其理论化学式为Na x (H 2O )4{Al 2[Al x Si 4-x O 10](O H )2},半个晶胞中总阴离子电荷[O 10(O H )2]为22,八面体中存在的阳离子数为2,四面体中存在的阳离子数为4。一般硅氧四面体和(或)铝氧八面

体中存在如Fe 2+、Fe 3+、M g 2+、Al 3+

等阳离子类质同象置换,当置换阳离子为低价时,使结构增加等当量的负电荷,由层间吸附阳离子补偿。由于矿体产出的地质环境不同,层间吸附的阳离子和四面体、八面体的类质同象置换,可有很大不同,因而蒙脱石的化学成分变化也较大。蒙脱石晶层间阳离子与晶体格架间形成电偶极子,加上蒙脱石晶层之间结合力较弱,能吸附极性水分子,根据阳离子种类及相对湿度,层间能吸附一层或两层水分子。另外,在蒙脱石晶粒表面也吸附了一定的水分子,结构水以O H 基形式存在于晶格中。蒙脱石晶格内阳离子置换这一构造特性决定了蒙脱石一系列重要性质。如阳离子交换性、膨胀性、吸附性、分散性、流变性、可塑性、粘结性、胶体性、触变性、耐火性、润滑性等。2膨润土的应用

膨润土由于独特的矿物结构和结晶化学性质,具有许多十分优良的性能,广泛用于各行各业中。

2.1膨润土用于石油钻井工业

膨润土可作为有机钻井泥浆中的泥浆增稠剂、乳胶稳定剂,使钻井泥浆有较好的流变性和携带性,故能有效地润滑钻井,防止腐蚀。对于深井、超深井、海上钻井的油基泥浆来说,膨润土是一种很好的提粘提切助剂。用它配制出优良的油包水泥浆和抗高温解卡剂,能大大提高钻井速度和减少事故的发生。国外在某些4000m 以上的深井中,如美国西得克萨斯油田、英国北海油田等处,均使用着膨润土基浆。

2.2膨润土用于铸造和冶金工业

膨润土是铸造业生产醇基涂料的最佳悬浮剂,又是铸模材料的粘合剂。用膨润土制作的快干涂料性能优良,稠而不粘、滑而不淌,可使铸件表面光洁度提高两级以上,质量大为改善。膨润土又是冶金工业球团矿的优良粘合剂,可以充分利用贫矿和矿粉,节约焦炭和熔剂10%～15%,提高高炉生产能力40%～50%。

2.3膨润土用于建材工业

(1)膨润土用于生产白色硅酸盐水泥。其原料

配比一般为80%的石灰石、20%膨润土,另加0.3%萤石作矿化剂,上述原料共同磨细后在回转窑内煅烧成熟料,在熟料中加入5%石膏作缓凝剂和5%白石灰共同磨粉即成。

(2)膨润土用于生产轻质建材。膨润土生产的

轻质墙体材料,在降低了建材容重的同时,增加了其强度,这对高层建筑意义重大,该种轻质建材的生产过程中无须蒸汽养护,产品的各项性能指标均超过同类产品,另外该种轻质建材的成型速度快,可在楼房建筑时用模具打墙,这样既可提高建筑速度,又可保持轻质建材的完整性,使其保温、隔音性能充分地

膨润土的性能及其应用

西安建筑科技大学矿物加工工程研究所崔学奇

吕宪俊

周国华

发挥出来,又可省去砌块的制备、运输、砌墙等工序,其优越性是显而易见的。

(3)膨润土用于生产防水材料。其产品有膨润土防水板、胶泥、止水条和膨润土乳化沥青防水涂料等。膨润土防水板大多用于地下工程外防水,该防水板可遇水膨胀、渗透系数小、自封性耐久性好;膨润土胶泥亦可遇水膨胀,是一种性能优良的接缝防水材料;膨润土止水条具有一定的抗拉强度和延伸率,可在自由状态下垂直面施工和异型缝施工。膨润土乳化沥青防水涂料主要用于屋面防水,改变了传统的现熬热沥青做“三油两毡”的落后施工方法,可明显提高工效,降低工程造价,大大改善工人劳动条件。

(4)膨润土在陶瓷工业中可生产陶瓷釉料及高级瓷。在陶瓷釉料配方中,加入膨润土,可起到粘合剂、悬浮剂的作用,使釉料始终保持足够的稠度和流动性。膨润土高级瓷是以膨润土为主料制得,制作成本低、利润高且品种好,若采用高档滑石、质纯的钙基膨润土,可生产出各种造型优美的艺术品。

(5)膨润土用于生产建筑材料及金属防腐涂料。膨润土可将涂料中配入的其他填料牢固地吸附在蒙脱石的层间和端面,因此可改善涂料的悬浮性、涂刷性、遮盖率等,当涂刷面干燥后,它不再具有交换、复水和膨胀能力,因此这种涂料的耐擦性能好、不开裂、掉粉、脱皮等,在金属防腐涂料中添加有机膨润土,产品耐磨耐腐蚀、抗盐水浸蚀、抗冲击、抗下垂,有足够的渗透性且涂层均匀;另外涂料能经受40%的拉伸,在各温度下进行弯曲180°,不会产生裂缝。

2.4膨润土在农业、畜牧业中的应用

膨润土在农业中可用作土壤改良剂。膨润土可减少农肥被水冲出,提高农肥、水份的蓄积能力,从而改良土壤,提高农作物产量。当膨润土与肥料同时施用时,可延长肥效,节省肥料和灌溉用水,尤其在干旱地区,施用膨润土后的效果更加突出,在施用量最佳的情况下,灌浇水的耗量可减半。另外膨润土可作农药的载体,使农药能均匀悬浮,便于运输、储存和喷洒使用。

膨润土在畜牧业中可用作饲料添加剂、毒素吸附剂及饲养圈料。膨润土用作饲料添加剂,可减慢饲料在胃肠中的通过速度,促使畜禽充分消化饲料,达到最高的营养摄取率。膨润土用作毒素吸附剂可吸附畜禽体内的多种毒素。用作饲养圈料,可吸附

粪便中的水份,从而使圈垫长期保持干燥,减少畜禽球虫病、肠炎的发病率。目前膨润土用作宠物垫料的市场前景看好,以北美膨润土市场为例(1997年数据),用作宠物垫料的膨润土占总量的19.1%,次于铸造型砂用土(24.3%)和铁矿球团用土

(21.2%),消费量居第三位。

2.5膨润土用于日用化工

(1)膨润土用于化妆品。精细膨润土粉可用作

美容、润肤、眉墨、消皱等化妆品中的基料,膨润土在化妆品领域内应用的增长速度是十分迅速的,以美国为例,1989年用于化妆品的膨润土为9169t,到1990年已增至16088t。

(2)膨润土用于生产洗涤用的软化剂。用膨润

土合成的NaA型沸石具有较高的离子交换能力,可取代对水质有害的三聚磷酸钠,没有环境污染,是洗衣粉理想的助洗剂。

(3)膨润土在洗发香波中的应用。在洗发香波

中加入改性提纯后的优质膨润土,不仅改变了洗发香波的触变性和粘稠性,而且使其洗涤效果十分优良,具有洗发、护发一次完成的特点。另外膨润土可使头发保持一定的类脂含量,不会因过分脱脂而使头发产生回弹现象,同时膨润土还具有中和钙盐的能力,从而避免了在头发上形成钙的沉积物。

2.6膨润土用于食品加工

膨润土用于食用油的净化剂、脱色剂。膨润土可用于各种动植物食用油的净化剂、脱色剂。例如色拉油就是用活性白土净化普通菜油精制而成,消除了致癌物质黄曲霉素等有害成分。一些大城市近几年计划停止出售普通菜油而改用精制油,因而可以预见,膨润土用于食用油精制的用量将会大大增加。

膨润土用于味精工业中的脱色澄清剂。膨润土可代替味精工业中传统使用的活性碳,应用于味精工业中糖化液的脱色澄清和助滤,不仅具有良好的经济效益,而且对节约木材,减少森林砍伐具有显著的社会效益。

2.7膨润土在纺织、造纸工业中的应用

膨润土可大量地用作纺织工业的匀染剂、织物柔软剂等,用钠化后的膨润土部分代替淀粉用于纺织浆纱,不改变原工艺流程及设备,所浆经纱外观及手感良好,单纱强力、上浆率等均能达到各项技术指标,且此种浆料具有不发霉、不生虫、易退浆的优点,具有显著的经济效益。

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