膨潤土的提純方法研究進展及發(fā)展趨勢

/膨潤土的提純方法討論進展及進展趨勢（中國/遠志）目前，膨潤土提純采納的方法重要有：物理提純，化學提純和混合提純等方法1.物理提純法1.1干法提純干法是傳統(tǒng)的方法，當原礦蒙脫石含量大于80%時常采納此法。該法是依據(jù)天然膨潤土中雜質(zhì)礦物粒度、硬度和密度都比較大，通過逐級分別沉降把雜質(zhì)分別，而得到純度很高的膨潤土。實在的提純過程為：1.將采掘的原礦經(jīng)傳送帶送至出貯倉；2.因原礦含水量較大，且具有肯定的粘性，所以應經(jīng)一特別的滾筒粉碎機將原礦粉碎至10mm下，再經(jīng)回轉(zhuǎn)窯干燥至水分含量為8%左右，然后由回轉(zhuǎn)篩除去10mm上的原礦；3.將粉碎干燥好的礦石送入加料斗，再經(jīng)粉分級機進行粉碎、分級、除雜；4.除雜后的膨潤土經(jīng)旋風收塵器收集、打包得產(chǎn)品。在上述提純過程中，最緊要的一步是礦石的粉碎、分級、除雜。完成此步任務的設備是粉碎分級機。該設備重要由粉碎室、分級室和收塵器等幾構(gòu)成。其粉碎、分級、除雜的原理是：礦石由料斗加入到該設備的底部棒式粉碎室，在粉碎室中，硬度較小的蒙脫石（其莫氏硬度為67）則不易被粉碎；被粉碎了的蒙脫石在氣流帶動下上升至可旋轉(zhuǎn)的分級室中，在重力和離心力作用下，較大的顆粒又沉降下來，而細小的蒙脫石粒子進入旋風收塵器被收集。該法提純效果較好，提純后膨潤土中蒙脫石含量可達99%以上，且蒙脫石的回收率很高，可達95%，設備處理本領大。1.2濕法提純濕法提純工藝，能使品位較低的膨潤土的蒙脫石含量大大地提高，但工藝多而雜.成本較高，且有很多技術難題和不妥之處正在討論與改進之中，濕法提純膨潤土，目前有如下幾種方法：（1）自然沉降法該法又稱水選法（淘洗法）。它是依據(jù)膨潤土中蒙脫石與雜質(zhì)密度的不同（蒙脫石密度2～2.2g/cm3，石英等雜質(zhì)密度2.6g/cm3左右），以及蒙脫石晶胞細小能在水介質(zhì)中充分分散的原理，使雜質(zhì)與蒙脫石分開。該法的優(yōu)點是所需設備簡單，投資較少，對鈉基土提純效果較好；缺點是提純時間長，產(chǎn)率低，廠房設備占地面積較大，對鈣基土提純效果不理想。淘洗的目的是將拈土中粗順粒雜質(zhì)除去，提高膨潤土的純度和細度。膨潤土的淘洗操作就是依據(jù)細顆粒的膨潤土與粗顆粒雜質(zhì)懸浮在水中時具有不同的沉降速度的原理進行的。（2）高速離心法該法是利用膨潤土漿在高速離心力作用下，粒度較大、密度較大的雜質(zhì)粒子被拋向分別壁而除去，進而使膨潤土得到提純。與自然沉降法相比。該法的優(yōu)點是提純分別周期短，生產(chǎn)連續(xù)化，設備占地面積小，適合工業(yè)生產(chǎn)的需要，但要消耗相當數(shù)量的能量，提純成本較高。（3）化學處理法該法是基于蒙脫石因晶格取代作用而使其帶負電，又因破鍵邊緣帶正電，在水介質(zhì)中正負電荷吸引，形成“工”字型締合結(jié)構(gòu)，使一些細粒固體雜質(zhì)被這種締合結(jié)構(gòu)所支托或包裹。加入無機鹽分散劑后，陰離子被吸附于蒙脫石正電荷邊緣，使蒙脫石變成雙負電層膠體，彼此之間相互排斥，除去了締合結(jié)構(gòu)，使細粒固體雜質(zhì)失去支托，靠重力作用快速下沉，從而達到提純的目的。與自然沉降法和高速離心法相比，該法的優(yōu)點是當膨潤土中雜質(zhì)顆粒很細小時，仍能達到較好的提純效果，對鈣基土也有肯定的提純效果；缺點是要消耗肯定量化學試劑。除上述3種方法外，還有二次分級法，絮凝法等也有肯定的提純效果。1.2化學提純法由于采納物理方法提純膨潤土難以除盡粒度很細的方石英、石英及Fe2O3，此外，物理提純法所得精土含有微量的其他粘土礦物和非粘土礦物，要制得高純度的膨潤土有時就必需采納化學提純法?；瘜W提純法是利用化學試劑與膨潤土中的雜質(zhì)礦物發(fā)生化學反應而將雜質(zhì)去除的方法。通常是利用強堿除去方石英和石英。其反應機理：2NaOH+SiO2＝Na2SiO3+H2O公式3.2姜桂蘭等利用此法對吉林省劉房子膨潤土提純試驗結(jié)果顯示，膨潤土中的方石英大被除去。提純結(jié)果物相分析表明，蒙脫石含量可達95%以上。王川“高純蒙脫石粉體制備與表征討論”結(jié)果表明：采納NaOH溶液去除了膨潤土中的超微細方石英雜質(zhì)。利用連二亞硫酸鈉（俗稱保險粉）或次硫酸鹽可除去Fe2O3，以達到對黏土的漂白作用。其反應機理：Fe2O3+Na2S2O4+H2SO4＝Na2SO4+2FeSO3+H2O公式3.31.3復合提純在實際提純工藝過程中常常會同時采納物理方法和化學方法進行復合提純。例如，英國的專利膨潤土提純技術即為復合提純。其重要步驟為：對開采出的膨潤土原礦進行處理，削減表面污染；原礦碎裂后，用連二亞硫酸鈉或次硫酸鹽漂白，除去氧化鐵污染；在60℃以下用堿處理膨潤土水基溶液中的游離氧化鐵，將處理過的膨潤土懸浮液脫水；將經(jīng)脫水的固相物質(zhì)沖洗后，加水重新制成懸浮液；讓新配置的懸浮液在均化器中受剪切、摩擦和沖擊；干燥懸浮液。這種工藝的優(yōu)點是：用化學溶解分別方法基本上除去膨潤土中的游離硅化合物，得到較純的膨潤土；產(chǎn)品回收率高。2膨潤土的提純討論現(xiàn)狀2.1改善膨潤土物理性質(zhì)的提純討論大量資料表明，膨潤土提純深加工基礎討論重要集中在改善其物理性質(zhì)方面，何宏平曾討論了兩個膨潤土礦除鐵的工藝，其目的是改善產(chǎn)品的顏色和性能。討論認真探討了影響蒙脫石的物化性能的鐵的賦存，為蒙脫石中鐵的處理供給理論依據(jù)。Lewis創(chuàng)造了提高膨潤土的粘度的流程。Clem提出了提高膨潤土的造漿率的方案。LeBlanc創(chuàng)造了改善膨潤土泥漿造漿率的藥劑。王貴和提出磁化膨潤土泥漿可降低膨潤土鉆井混漿的粘度和切力。Hentz等人提出提高膨潤土吸附次甲基藍的本領的方法。Low等人提出加添膨潤土的膨脹性的工藝流程。Low同時指出，膨潤土膨脹性及流變學性質(zhì)與膨潤土比表面積有關。Odom等人的討論結(jié)果說明膨脹性與比表面積有關，與b軸尺寸無關，蒙脫石晶格b軸尺寸與比表面積成線性關系。Margheim等人認為膨潤土的流變學性質(zhì)也取決于其比表面積。Stucki討論指出，水蒸汽存在時，蒙脫石八面體晶格中的Fe2+可以更快地氧化為Fe3+等等。2.2提高蒙脫石含量的提純討論目前，膨潤土礦的提純有干法和濕法兩種方法。干法重要應用于蒙脫石含量在80％以上膨潤土原礦的提純；濕法適用于蒙脫石含量30～80％的膨潤土原礦的提純。我國已開發(fā)利用的膨潤土資源中蒙脫石含量普遍在60%左右。盡管如此，干法作業(yè)依舊在我國膨潤土礦山占支配地位。單承湘的討論指出，干法可得到蒙脫石含量為99%以上的膨潤土。實踐表明，目前我國沒有一家企業(yè)可以達到上述指標，一般蒙脫石含量在50～75%，干法不可能制備出高質(zhì)量膨潤土。王澤民利用沉降法提純膨潤土，蒙脫石含量從65%提高到90%左右；Hassan等人采納擠壓剪切－擦洗－水力旋流器分級－酸浸或堿浸的方法處理埃及鈣一鎂級膨潤土得到了工業(yè)級蒙脫石產(chǎn)品。龍小慶采納改型、打漿、多次離心分級、上部懸浮液過濾干燥的方法，對新疆鈉鈣基膨潤土提純制備了含蒙脫石90%～96%的高純膨潤土精礦；張建樂采納NaOH對礦漿攪拌改型，澄清后的上部懸浮液以清水洗滌至pH值中性，然后以碳酸鈉為改型劑在80℃改型，經(jīng)多次沉降分別，對信陽膨潤提純土，蒙脫石含量達到85.09%，對屯溪膨潤土提純，蒙脫石含量達到93.61%；吳東印等采納鈉化改型－濕法分級提純的工藝流程，提純上天梯鈣基膨潤土，使蒙脫石含量從55－65%提高到90.06%。對膨潤土改性、活化可改善提純結(jié)果。李為民采納擠壓、水選、水洗、鈉化、脫水、干燥、粉碎的方法制備精制膨潤土。榮葵一采納鰲合物做分散劑，對臨安膨潤土采納濕法活化改性，二次沉降分級的方法制備出含蒙脫石90.46%的產(chǎn)品。張玉玲等使用絮凝法提純鈣基蒙脫石，用無機、有機絮凝劑和自制醋酸甲殼素溶液，分別對膨潤土漿液進行絮凝提純，結(jié)果表明自制的醋酸甲殼素溶液的提純效果較好，膨潤土白度達到78.6%，其蒙脫石含量達到90.1%。歸鳳鐵等在對膨潤土首先酸化處理的基礎上，討論了鈉化劑、鈉化溫度、時間及膨潤土粒度對酸性膨潤土提純效果的影響。提出了在室溫下，對300目酸性膨潤土用NaCl經(jīng)24h鈉化處理，再經(jīng)噴霧烘干制備鈉采納基膨潤土的新工藝，制備的膨潤土蒙脫石含量74%；GoodmanHoward等人采納堿處理的方法制備無菌膨潤土，在干燥前采納高壓均降器處理，其特點是將鐵、硅等雜質(zhì)溶出。MosiewiczMorek等人采納仿佛方法，調(diào)pH值至9—9.5，溫度200℃，壓力200ba，通過水熱反應溶出硅雜質(zhì)，掌控反應體系中的堿金屬和堿土金屬離子比例，分別得到二八面體蒙脫石和三八面體蒙皂石。采納NaOH堿溶法，廣西地礦局也曾試驗得到蒙脫石含量93%的膨潤土精礦；同一樣品采納浸泡（16h，濃度15%），搗漿（3000r/min），離心分級（3000r/min）只能得到80.5－84%蒙脫石的精礦。鄭海輝等公開了《提純蒙脫石的方法和提純蒙脫石及其組合物》的專利，使用濕法提純，通過水力旋流器或碟式螺旋分別器除去比重點、顆粒粗的組分，對于含有方英石的蒙脫石，利用蒙脫石納米晶片與方英石在堿性介質(zhì)中水化解理本領的差異，通過水熱法，用1mol/L的NaOH溶液將膨潤土配成30%的料漿，在120℃水熱處理1小時，將方英石水解變成液相，而將其從蒙脫石中加以分別出去。利用沉降分級和離心分級相結(jié)合，童筠等對平山以石英、斜長石、鉀長石為重要雜質(zhì)的鈉基膨潤土進行了提純討論，其產(chǎn)品中—2m者占65—85%，蒙脫石含量85%。Patel等人的討論結(jié)果表明，高速離心和超濾作業(yè)不能有效去除方英石和石英。莫文生用六偏磷酸鈉溶液提純蒙脫石含量在60%－80%的原礦效果較好，精礦純度93.5%、產(chǎn)率34.3%，蒙脫石在精礦中的分布率53.45%。許上時等對以方英石、長石和石英為重要雜質(zhì)的福建某蒙脫石含53.35%膨潤土礦進行提純試驗，得到產(chǎn)品1含蒙脫石58.35%，產(chǎn)品2含蒙脫石47.93%，產(chǎn)品3含蒙脫石50.55%。通常，經(jīng)過提純處理后的膨潤土中依舊殘留少量的方石英、石英等硅質(zhì)雜質(zhì)，無法分別。本討論組前期提純試驗中存在上述現(xiàn)象。大量討論數(shù)據(jù)顯示，濕法提純蒙脫石的最高含量一般僅為90％左右，且一些細小雜質(zhì)微粒用水無法分選出來。前人推想上述雜質(zhì)可能存在于蒙脫石的結(jié)構(gòu)中（無試驗證據(jù)證明此推想）。閆景輝還進一步說明，鈣基膨潤土是鈣離子被吸附于晶體的表面，使蒙脫石晶層表面剩余的陰離子數(shù)幾乎為零。由于鈣基蒙脫石分散在水中后、單個晶層間有細小膨脹，但仍保持之間的聚集狀態(tài)，使得鑲嵌于其中的方石英雜質(zhì)被包裹其中不能分別（無試驗證據(jù)證明此推想）。3.3膨潤土的提純存在的問題鄭水林認為，由于很多分別或分選的非金屬礦物嵌布微細，只有經(jīng)微細粉碎后才能單體解離，而目前我國微細粒選礦提純技術進展后滯，榮葵一認為，采納干法分選不可能得到高品質(zhì)產(chǎn)品，由于蒙脫石密度（2.1～2.5g/cm2）與雜質(zhì)礦物密度（2.5～2.6g/cm2）相差很小。而且，干法磨礦不可能將粘土礦物（—2m粘粒）與雜質(zhì)充分解離。另外，干法作業(yè)的缺點是粉塵污染大，膨潤土中的石英導致矽肺。國家訂立了膨潤土粉塵衛(wèi)生標準（以含Si0210%計）：最高允許濃度:10mg/m3，時間加權(quán)容許濃度6.0mg/m3。我國膨潤土礦以中低品位鈣基膨潤土為主，因此，采納濕法作業(yè)制備高純膨潤土產(chǎn)品是個大方向?；瘜W提純法是利用化學試劑與膨潤土中的雜質(zhì)礦物發(fā)生化學反應而將雜質(zhì)去除的方法。吳平宵蒙脫石酸活化與微結(jié)構(gòu)變化關系討論認為：酸對蒙脫石也有溶蝕作用，會影響蒙脫石的表面結(jié)構(gòu)，使硅氧四周體發(fā)生畸變。林培滋等堿與巖石礦物組分（蒙脫石、石英）的相互作用及動力學討論認為：蒙脫石和石英在堿的作用下發(fā)生溶蝕。石英在200h以內(nèi)大約溶蝕掉0.15g，在同樣的時間內(nèi)蒙脫石大約溶蝕掉0.3g。用XRD分析固相物質(zhì)發(fā)覺：除蒙脫石的衍射峰以外，有新的衍射峰顯現(xiàn)，表明有新物相生成。據(jù)資料統(tǒng)計，提高蒙脫石含量的選礦基礎理論及技術方法討論偏少，且重要側(cè)重于選礦工藝參數(shù)的討論。由于自然界方石英大多數(shù)依據(jù)不同成因，以石英質(zhì)燧石或蛋白石形式存在。結(jié)晶度較差，粒度一般均小于2m，甚至納米級。另外，粘土礦物被稱為天然納米材料，具有晶粒細、結(jié)晶程度變化大、成分多而雜的特點，影響因素多而雜，給分析和提純帶來很大難度。目前，膨潤土中超細SiO2雜質(zhì)的賦存狀態(tài)，以及對膨潤土選礦的影響等基礎理論討論尚無報道?？傊?，我國目前膨潤土提純討論現(xiàn)狀存在的重要問題是：第一，由于蒙脫石礦物晶粒細、結(jié)晶差、成分多變，并伴有其他粘土礦物和粒度極細的方石英及石英等雜質(zhì)，因此其分別提純特別困難，特別是鈣基蒙脫石提純尤其困難。第二，醫(yī)藥、食品和化妝品等用膨潤土或蒙脫石（一般為鈣基