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蒙脱石钠化改性工艺、设备及常见问题

2021-09-15

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  与钙基蒙脱石相比,钠基蒙脱石具有更好的水分散性、悬浮性、膨胀性、增稠性和润滑性等,因而具有更广泛的用途。
  但我国自然产出的膨润土矿绝大部分为钙基膨润土,业内一般常用的方法是在一定条件下,通过加入改型剂钠化处理,使钙基转化为钠基来提高膨润土的膨胀倍。
  1、蒙脱石钠化改性工艺及设备
  蒙脱石钠化改性加工方式较多,一般可分为干法、半干法和湿法改性。
  由于干法条件下离子难迁移,改性效果差,故使用较多的是湿法和半干法,具体包括搅拌、球磨、均质、挤压钠化等,通过增加剪切力、降低分散粒度、延长陈化时间等方式,加快离子交换进程,提高反应效率和反应程度,从而达到促进改性效果的目的。
  实验室改性采用搅拌钠化最为常见,在制浆的同时加入蒙脱石和改性剂,经浸泡制浆后脱水、干燥、粉碎制得钠基膨润土,常与湿法提纯结合使用。此法对设备要求低,过程易实现,但搅拌设备线速度低,剪切力小,虽然通过水浴加热的方式在一定程度上加快了离子交换进程,但是蒙脱石的分散粒度相对较粗,因此改性效果受到限制,钠化不充分。
  球磨改性是通过球磨罐的高速旋转,带动球磨介质如铝球、锆球等一起运动,由于惯性和离心力的作用,到一定高度后落下,对研磨物料产生强烈的冲击力;同时,介质球在球磨罐内存在自转和公转,介质球间及介质与球磨罐间产生对物料的挤压撞击力、剪切力和摩剥力,在这些力的共同作用下使蒙脱石颗粒变细,并促进钠化反应的完成。但受到球磨罐的转速、介质球的大小、磨矿极限等的影响,球磨改性的蒙脱石粒度相比搅拌钠化样细,但比胶体磨改性样粗。
  胶体磨和球磨改性都是在对蒙脱石浆液进行超细的同时实现钠化改性。胶体磨改性时,转子和定子做相对的高速运动,物料通过两者间的间隙时受到强大的摩擦力、剪切力、螺旋冲击力和高频震动等作用力,使物料被有效地混合、分散、超细等。一般线速度为8-12m/s,加工粒度比球磨改性的粒度细。
  由于湿法加工干燥成本高,所以实际生产中使用较多的是半干法钠化。一般是在原矿中加入一定量的钠溶液后,拌匀,堆放7-10天,并常翻动搅合,钠化效率低,周期长。改性同时施加一定剪切力,或采用微波辐射工艺,可以提高离子交换效率,缩短钠化反应时间。
  2、蒙脱石钠化改性常见问题
  常见的钠化方式普遍存在如下问题:
  (1)钠化时间长,反应不完全。在实际生产中,钙基蒙脱石矿一般在含水大于10%的情况下进行钠化,蒙脱石内含有大量的吸附水和层间水,一定程度上阻碍了钠离子进入蒙脱石颗粒内部,颗粒表面接触改性剂钠化后,形成阻隔层,钠离子很难迁移进层间,阻止了离子交换反应的继续进行,钠化不充分,钠化时间较长。一般通过增加挤压或强力剪切的方式打破阻隔层,利用外力作用强制钠离子进入蒙脱石层间,促进离子交换反应的进行。
  (2)结构中的二价铁没有氧化成三价铁。蒙脱石八面体晶格中为Al3+,当Fe3+置换Al3+时,呈电中性;当Fe2+置换Al3+时,带负电,在库仑力作用下,晶层结合更紧密,可膨胀晶层少,膨胀性小。当蒙脱石晶体内部的Fe2+氧化成Fe3+,更多重叠的晶体片层将会分离,可膨胀晶层比例增多,提高了膨胀性。
  改善钠化效果的方法通常是采用长期堆放风化并定期翻动的方式,一方面在自然风化条件下,蒙脱石中的二价铁被缓慢氧化成三价铁,另一方面通过延长时间使钠离子逐渐进入蒙脱石层间,促进钠化反应的缓慢进行,但是经常要放置几个月甚至半年以上,周期很长。

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