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膨润土提纯方法大集结 
信息来源:管理员 发布时间:2017-12-06 15:38:22

    据国土资源部全国矿产资源储量通报资料,2014年我国共有膨润土矿区208处,探明资源储量28.73亿吨,约占世界总量的60%左右。从省份分布上看,我国膨润土资源分布于23个省区,其中查明资源储量超过亿吨有广西、新疆、内蒙古、江苏、安徽等10个省区。

  天然膨润土一般品位低,提纯膨润土能显著拓宽其应用性能和应用领域,且经提纯的膨润土是继续进行深加工重要的原材料,尤其是纳米复合材料、柱撑蒙脱石、化妆品底料、医药及药物辅料等高、精、尖膨润土产品,在很多领域已显示出非常突出的应用价值。故提纯膨润土有着非常可观的经济价值。

  干 法

  干法就是将已磨至一定细度的膨润土原矿和空气充分混合成流态化,在分级轮离心力和风机抽力的作用下,大部分粗颗粒和比重大的颗粒与细粒矿物相分离的提纯工艺。王志强等对新疆某处低品位天然膨润土原矿用干法进行了提纯。提纯后,蒙脱石质量可以达到国家钠基膨润土防水毯标准要求。1:1工业实验方案结果表明,原矿粉磨越细,提纯后的产品膨胀性能越好。采用干法提纯膨润土,投资少、提纯成本低于湿法工艺,具有设备品种少、工艺简洁、无排污等优势。此外,干法几乎不耗水,适宜新疆等缺水地区。但杂质与蒙脱石的密度相差很小,且干法磨矿不可能将粘土矿物与杂质充分解离,因此细粒杂质分离困难,产品质量不高,而且质量不稳定,只能作为对纯度要求不高的产品的原料。

  湿 法

  湿法提纯时,水介质为蒙脱石层间膨胀与水化提供了足够的空间与动力,通过搅拌、添加分散剂,蒙脱石胶粒粒级将更小,从而更容易地与不能达到胶体粒级的杂质矿物实现分离。

  1.自然沉降法

  将膨润土制成浆液,蒙脱石吸水膨胀,受到的浮力比非膨胀性的杂质所受浮力更大,蒙脱石与杂质分层。另一方面,根据斯托克斯公式,球体在溶液中下降的速度与其半径的平方成正比,一些粒径比蒙脱石粒径大,比重比蒙脱石大的杂质矿物就会下沉得更快。因此,静置一段时间后除去下层的杂质,即可提纯膨润土。

  王泽民等反复使用自然沉降法提纯钠基膨润土,大幅提高了蒙脱石的含量。研究表明,矿物粒度越细,产品越纯。

  荣葵一等认为:在膨润土浆液中,大量高度分散的粘粒具有很高的粘度,蒙脱石与杂质矿物界面粘滞阻力阻碍了两者的分离。同时,带电的蒙脱石晶片相互缔合成的“工”字型结构将微细的杂质矿物包裹住。他们的试验表明加入合适的分散剂能降低矿浆粘度,而磷酸盐分散剂还能改变蒙脱石表面的带电性,使晶片层间相互排斥。因而分散剂常被用于膨润土的提纯中。叶力佳等选取焦磷酸钠、水玻璃、六偏磷酸钠为分散剂,进行的系列研究表明以0.5%的六偏磷酸钠的效果最好。

  自然沉降法能在一定程度上提纯蒙脱石,操作简便,提纯成本低。但自然沉降提纯工艺所需沉降时间长、工厂占地面积大、浆液界面不清造成质量不稳定等问题。而且在粘粒与杂质矿物界面粘滞阻力的影响下,重力作用下降,导致蒙脱石与非常细小的杂质颗粒分离困难。

  2.水力分级提纯法

  水力分级提纯法是利用水力旋流器中不同粒度的颗粒沉降速度差和运动方向的不同,将蒙脱石颗粒群与杂质颗粒群分离,实现水力分级,从而提纯膨润土。

  杨有学等对膨润土浆液进行了四级分选,随着分选的进行,蒙脱石含量逐渐提高。印航等用旋流器对新疆某地膨润土进行了多次旋流分级提纯。条件试验结果显示:分选压力越大,精矿蒙脱石含量越高。在相同的压力条件下,分选浓度低,有利于蒙脱石含量的提高,但是回收率会略有降低。

  水力提纯法脱盐效果明显,提纯效果较好,产品质量较好,易实现大规模工业化生产,且提纯过程未外加化学试剂,进一步提纯后可用于生产精细化工、日用品及医药产品等。但对于细粒石英以及水溶性盐等杂质,旋流器的去除效果有限。

  3.离心提纯法

  该法是利用膨润土悬浮液浆在离心力作用下,粒度较大、密度较大的杂质颗粒被抛向分离壁,沉降形成沉渣,分离沉渣,使膨润土得到提纯。

  任欣等介绍了常用的卧螺离心机,并将其用于提纯膨润土,取得了良好的效果。张小曼等以鄂州市低品位钙基膨润土为原料离心提纯得到各项指标均满足铸造用和冶金球团用质量指标的膨润土。武占省等通过系列试验探究了离心提纯工艺中固液比、制浆时间、离心时间、离心转速对提纯效果的影响,得到了日月雷矿膨润土的最佳工艺组合。并由正交实验极差分析得出影响提纯的决定性因素依次为:制浆时间>固液比>离心转速>离心时间。我国CN200780000799.2号专利提供将离心工艺与其他工艺相结合,制得了高纯度蒙脱石。

  离心提纯工艺具有生产能力大、提纯时间短、生产连续化,设备占地面积小,适合产业化生产的需要、经提纯后的浆料质量稳定等优点,但产率低,且要消耗相当数量的能量,提纯成本较高。

  4.重液提纯法

  重液提纯法的原理是通过在蒙脱石晶体的层间插入轻质分子或分子团等,增大层间距离,使蒙脱石的密度降低,而杂质矿物层间结合牢固,轻质分子或分子团难以进入,密度几乎不变,从而使蒙脱石与杂质密度差异增大。选择密度合适的重液,用搅拌、振荡、离心等手段将杂质与蒙脱石分离,从而提纯膨润土。

  Loughnan用溴仿酒精进行了分离蒙脱石和高岭石的研究,分别找到了能使蒙脱石和高岭石等上浮的重液的密度。他认为影响分离的因素主要有两个:矿物对酒精的吸收能力,粒度大小。对蒙脱石等而言,由层状结构膨胀引起的密度下降是主要因素。而对高岭石、伊利石及石英等膨胀不明显的矿物来说,粒度大小的影响更大。

  孔庆池等对经20%的正辛胺水溶液浸过后的宣化天然蒙脱石进行X-射线衍射分析,证明正辛胺进入了层间。而CCl4做重液可以使经正辛胺水溶液浸过后的蒙脱石浮起,而非膨胀性粘土不会上浮混入蒙脱石中,说明正辛胺-CCl4分离蒙脱石是可行的。对提纯膨润土进行的X-射线衍射分析表明杂质峰很弱,蒙脱石纯度较高。

  四氯化碳重液法使用的重液有一定的毒性,需要寻找替代试剂以改进本方法。段体玉等介绍了一种新的重液多钨酸钠溶液,其密度变化范围为1.0~3.1g/cm3。他们用多钨酸钠超声高速离心法分离提纯缙云沸石和粘土,效果较好。多钨酸钠是一种无毒、稳定性好、回收率高、使用方便安全的新型无机重液。溶液的配制方便,密度大小容易控制,在分离密度相差较小的矿物时,具有一定的优势,为重液提纯法提供了广阔的应用前景。

  5.化学提纯法

  一些低品位的天然膨润土中常含有碳酸钙、铁的氧化物以及有机质,Chi-NhanHaThuc等用0.1mol/L的醋酸除去了越南LamDong和ThuanHai两地产的膨润土中的碳酸盐。加入H2O2溶液能除去有机质。草酸和0.5mol/L的HNO3对膨润土中铁的氧化物的效果好。

  6.电泳法

  天然双八面体蒙脱石结构中,均存在A1与Mg对双八面体层中四面体片和八面体片的同晶取代现象,正是这种同晶取代使蒙脱石层间和端面带有负电荷[21]。因此用直流电流对膨润土浆液进行电泳,收集阳极液体,经脱水可得到精土。

  我国CN200810109682.4号专利[22]采用电泳法提纯膨润土。将蒙脱石粉碎到2微米以下,电泳蒙脱石浆液,脱水即可得到高纯度的蒙脱石。纳米蒙脱石和改性蒙脱石用电泳法提纯后,产品质量更高。

  电泳法制得的高纯度膨润土,使用范围被显著拓宽,附加值大幅提高。但该方法耗电量大,设备投资大,提纯成本很高,工艺有待成熟。

  湿法提纯膨润土需对浆体进行固液分离,具体可通过自然蒸发、加热、离心、过滤、絮凝等方法进行。自然蒸发生产周期过长,不利于大规模生产。加热需消耗大量能量,不利于节能,成本高。我国CN200810109682.4号专利提供了膜过滤法,但该方法需经常清洗渗透膜,且过程复杂,局限性明显。加入絮凝剂可以加速膨润土聚沉,但使用无机或有机絮凝剂会使蒙脱石颗粒迅速聚集紧缩,比表面积变小,颗粒部分表面被絮凝剂覆盖,使其膨胀性、吸附性、黏结性等特性降低。

  结 语

  膨润土提纯方法和工艺流程由以下几点确定:

  (1)膨润土中杂质的种类,杂质的粒径;

  (2)膨润土的用途及对纯度要求;

  (3)提纯工艺的成本。

  在工业生产中,应考虑以上因素,选择适当的方法,将多种方法进行科学的组合,合理综合使用,得到多种纯度的膨润土,满足不同用途对产品的需求。同时,应充分利用低纯度膨润土,以及石英、高岭石等提纯副产品,实现对资源的多级利用及尾矿零排放。

  随着科学技术和现代工业的发展,人们对膨润土纯度的要求越来越高。但获得高纯度膨润土并将提纯工艺应用于大规模工业生产依然面临较大困难。究其原因,一方面,蒙脱石和伴生矿物杂质的化学组成非常接近,粒度及密度相差很小;另一方面,膨润土颗粒分布主要在<2μm和10~15μm区段,而粒度极小颗粒的比表面积较大,具有显著的表面效应,表面能增大。因此,一般的提纯工艺提供的分离作用力很难有效地平衡蒙脱石和杂质颗粒之间的相互吸引力,将两者分离开来。笔者认为获得高纯度膨润土的提纯工艺发展趋势,一是进一步深入探索提纯工艺的条件和相关参数,优化现有工艺流程,使之由粗放转向精细化。二是开发有潜力的新工艺,并将其应用于工业化生产。


 
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