土木工程泥漿土低品位膨潤(rùn)土礦制備

1、土木工程泥漿土低品位膨潤(rùn)土礦制備 1 試驗(yàn)部分 1.1 原礦性質(zhì) 所用膨潤(rùn)土取自湖北鄂西某地（代號(hào)為 HB），膨潤(rùn)土原礦表觀顏色為乳白色，呈土狀光澤。礦石較為致密，為致密塊狀結(jié)構(gòu)，但硬度較低、易于粉碎。礦石結(jié)構(gòu)以泥質(zhì)為主，礦石構(gòu)造為致密塊狀，肉眼可見(jiàn)少量石英等雜質(zhì)。原礦的各項(xiàng)理化性能指標(biāo)見(jiàn)表 1。表1 原礦的理化性能測(cè)試項(xiàng)目吸藍(lán)量 /(g/100g) 膠質(zhì)價(jià) /(mL/15g) 膨脹容 /(mL/g) 膨潤(rùn)值 /(mL/3g) 指標(biāo)值 23.5 48 8 11 從表 1 中數(shù)據(jù)可以看出，原礦的吸藍(lán)量較低，僅有 23.5g/100g。同時(shí)，其膠質(zhì)價(jià)、膨脹容、膨潤(rùn)值也處于較低的水平，分別為 48m

2、L/15g、8mL/g、11mL/3g，從原礦各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)看，該礦為鈣基膨潤(rùn)土礦。原礦的粒級(jí)分布及各粒級(jí)吸藍(lán)量見(jiàn)表 2。表2 原礦粒級(jí)分布及各粒級(jí)吸藍(lán)量粒度 +60 目 60100 目 100200 目200325 目 -325 目質(zhì)量 /g 17.2 6.4 8.1 5.2 400 百分質(zhì)量 /% 3.91 1.46 1.85 1.19 91.55 吸藍(lán)量 /(g/100g) 0.96 0.96 1.44 1.44 24.7 從表 2 中數(shù)據(jù)可以看出，-325 目產(chǎn)品的產(chǎn)率為 91.55 %，其它各粒級(jí)產(chǎn)品的產(chǎn)率較低，這說(shuō)明原礦浸低品位膨潤(rùn)土礦制備土木工程泥漿土的研究 原礦理化性能和粒級(jí)分析研

3、究表明，該礦吸藍(lán)量較低，蒙脫石含量不高，不宜開(kāi)發(fā)對(duì)蒙脫石含量要求較高的產(chǎn)品。但該礦具有含砂量低的特性，因此該礦適宜開(kāi)發(fā)工程用泥漿土。 1.2 試驗(yàn)儀器 采用的主要儀器和設(shè)備包括：輪碾混砂機(jī)；水浴鍋；多功能攪拌器；ZNN-D6S 型六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)；GJ-3S 型高速攪拌機(jī)；萬(wàn)能粉碎機(jī)。 1.3 試驗(yàn)研究方法 研究中，分別考察了鈉化工藝條件和聚合物的添加對(duì)產(chǎn)品造漿性能的影響。鈉化采用懸漿法進(jìn)行，礦漿濃度為 6%（同粘度測(cè)定濃度一致）。考察的鈉化工藝條件包括：鈉化劑用量、鈉化溫度和鈉化時(shí)間等因素。鈉化完后產(chǎn)品置于烘箱中于 105下烘干磨粉。同時(shí)，考察了聚丙烯酰胺和羧甲基纖維素鈉兩種聚合物的添加對(duì)產(chǎn)品

4、造漿性能的影響，聚合物的添加方式為：將有機(jī)聚合物混入鈉化后并經(jīng)磨礦的樣品中，進(jìn)一步測(cè)定其粘度。鈉化產(chǎn)品造漿性能的好壞以 600r/min 和 300r/min 粘度來(lái)衡量。具體測(cè)試步驟如下：稱取待測(cè)膨潤(rùn)土試樣，每 350mL 蒸餾水加 22.5g（水分含量不大于 10 %）試樣，制備成懸浮體。在攪拌機(jī)上邊攪拌邊把膨潤(rùn)土撒到水中，5min 后，取下高攪杯，把粘在壁上的膨潤(rùn)土刮下，再繼續(xù)攪拌 15min。將分散后的懸浮體置于測(cè)試杯中，在室溫下把懸浮體密封存放 16h。 將懸浮體在攪拌機(jī)上攪拌 5min30s，用六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)分別測(cè)定樣品在 600r/min 和 300r/min 粘度。 2 試驗(yàn)結(jié)

5、果與討論 2.1 鈉化劑用量對(duì)產(chǎn)品造漿性能的影響 不同的碳酸鈉用量會(huì)影響產(chǎn)品的水化性能，并進(jìn)一步影響其造漿性能。研究中，首先對(duì)鈉化劑用量對(duì)產(chǎn)品造漿性能的影響進(jìn)行了考察。采用懸漿法進(jìn)行鈉化，分別加入膨潤(rùn)土干礦質(zhì)量 1 %、3%、6%、9 % 的碳酸鈉（Na 2 CO 3 ），鈉化時(shí)間 30 min，鈉化溫度 70，制備的樣品測(cè)定其 600r/min 和 300 r/min 粘度。不同鈉化劑用量下鈉化產(chǎn)品的造漿性能見(jiàn)表 3。表3 不同鈉化劑用量下鈉化產(chǎn)品的造漿性能鈉化劑用量 /% 1 3 6 9 600r/min 粘度 /(mPas) 3 8 14 17 300r/min 粘度 /(mPas) 1

6、 4 9 12 從表 3 中數(shù)據(jù)可以看出，隨著鈉化劑用量的增加，其造漿性能逐漸變好。碳酸鈉用量從 1% 增加到 6 % 的過(guò)程中，粘度增加速度較快；當(dāng)碳酸鈉用量從 6 % 增加到 9 % 的過(guò)程中，粘度增加速度減緩。當(dāng)碳酸鈉用量為 6% 時(shí)，產(chǎn)品呈現(xiàn)較好的造漿性能，可滿足工程泥漿土的使用要求。 2.2 鈉化溫度對(duì)產(chǎn)品造漿性能的影響 由于常溫下鈉化產(chǎn)品的造漿性能研究結(jié)果并不理想，因此對(duì)不同溫度下改性產(chǎn)品的造漿性能進(jìn)行了研究。采用懸漿法進(jìn)行鈉化，碳酸鈉用量為 3%，鈉化溫度分別為常溫、30、40、50、60、70、80，鈉化時(shí)間 30 min。制備的樣品測(cè)定其 600 r/min 和 300 r/

7、min 粘度。不同溫度下鈉化產(chǎn)品的造漿性能見(jiàn)表 4。表4 不同溫度下鈉化產(chǎn)品的造漿性能鈉化溫度 / 常溫 30 40 50 60 70 80 600r/min 粘度 /(mPas) 8 9 12 15 17 18 18 300r/min 粘度 /(mPas) 4 4 6 8 9 9 10 從表 4 中數(shù)據(jù)可以看出，隨著鈉化溫度的升高，鈉化產(chǎn)品的造漿粘度逐漸增高，加熱對(duì)鈉化反應(yīng)的進(jìn)行有利。當(dāng)鈉化溫度為室溫時(shí)，鈉化產(chǎn)品的 600r/min 和 300r/min 粘度較低，分別為 8mPas 和 4mPas；隨著鈉化溫度的升高，鈉化產(chǎn)品的造漿粘度逐漸升高，當(dāng)溫度為 60時(shí)，鈉化產(chǎn)品的 600r/mi

8、n 和 300r/min 粘度分別可達(dá)到 17mPas 和 9 mPas。之后，溫度繼續(xù)增加對(duì)產(chǎn)品的粘度影響較小。溫度升高有利于鹽基交換反應(yīng)的進(jìn)行，更多的鈉離子可以進(jìn)入到蒙脫石的層間，從而使得顆粒的分散性更好，因此表觀上粘度增加。 2.3 鈉化時(shí)間對(duì)產(chǎn)品造漿性能的影響 鈉化時(shí)間是影響膨潤(rùn)土鈉化程度的重要因素之一，充足的鈉化時(shí)間是保證反應(yīng)進(jìn)行完全的條件，但是鈉化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)增加生產(chǎn)成本和降低生產(chǎn)效率，因此必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最佳的鈉化時(shí)間。采用懸漿法進(jìn)行鈉化，加入膨潤(rùn)土干礦質(zhì)量 3% 的碳酸鈉（Na 2 CO 3 ），鈉化溫度為常溫，鈉化時(shí)間分別為 10min、20min、30min、40min、50

9、min、 60 min，制備的樣品測(cè)定其 600 r/min 和 300 r/min 粘度。不同鈉化時(shí)間下鈉化產(chǎn)品的造漿性能見(jiàn)表 5。表5 不同鈉化時(shí)間下鈉化產(chǎn)品的造漿性能鈉化時(shí)間 /min 10 20 30 40 50 60 600r/min 粘度 /(mPas) 5 6 8 8 9 9 300r/min 粘度 /(mPas) 2 3 4 4 4 5 從表 5 中數(shù)據(jù)可以看出，隨著鈉化時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)品的造漿粘度緩慢提高。當(dāng)鈉化時(shí)間達(dá)到 30min 時(shí)，產(chǎn)品的 600r/min 和 300 r/min 粘度達(dá)到一個(gè)較穩(wěn)定的水平。之后，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，粘度基本不再增加。因此，可以判定最佳鈉化時(shí)間

10、為 30 min，繼續(xù)延長(zhǎng)鈉化時(shí)間并不能有效提高產(chǎn)品的造漿粘度性能。 2.4 添加聚丙烯酰胺對(duì)產(chǎn)品造漿性能的影響 在考察聚丙烯酰胺的加入對(duì)產(chǎn)品造漿性能的影響時(shí)，采用王志強(qiáng)，舒 鋒，劉玉芹低品位膨潤(rùn)土礦制備土木工程泥漿土的研究非金屬礦 2010年7月的改性條件為：碳酸鈉用量為 3 %，鈉化溫度為常溫，鈉化時(shí)間 30min。樣品鈉化完后，分別混入一定比例（1 % 3 %）的聚丙烯酰胺，并測(cè)定其各項(xiàng)造漿性能指標(biāo)。添加聚丙烯酰胺后鈉化產(chǎn)品的造漿性能見(jiàn)表6。表6 添加聚丙烯酰胺后鈉化產(chǎn)品的造漿性能聚丙烯酰胺用量 /% 0 1 2 3 600r/min 粘度 /(mPas) 8 10 16 17 300r/min