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膨潤土在建築中的用途

濰坊坊子宏祥膨潤土粉廠生產的優質膨潤土,水化性好,陽離子交換?優質工程鉆孔灌註樁?建築用膨潤土

膨潤土又稱膨潤土、膨潤土。以蒙脫石為主要成分的細粒粘土。含有少量長石、石英、基巖、方解石和火山碎屑。主要化學成分為 SiO2、Al2O3 和少量 Fe2O3、MgO、CaO、K2O、Na2O 和 TiO2。含雜質時呈白色、灰綠色、淺綠色、淺白色、粉紅色、紫褐色等。顆粒細小,具有很強的吸水性,吸水後體積膨脹 10-30 倍,故名膨潤土。其可塑性高,附著力強,是陶瓷工業中常用的結合粘土。膨潤土雜質多,熔融溫度低,幹燥和燒成時收縮大,而且膨潤土泥漿具有較強的觸變作用,因此不宜多用。

膨潤土按化學成分可分為鈉基膨潤土和鈣基膨潤土兩種。目前,陶瓷工業應用的是鈣基膨潤土。著名產地有吉林九臺、遼寧黑山、河北宣化、山東濰坊、江蘇江寧、浙江余杭等地。多由中生代火山蝕變形成。信息來源:

膨潤土基本信息編輯

英文名稱:

bentonite

別名:

膨潤土;皂石;膨潤土

成分:

(Na,Ca)0.33(Al,Mg,Fe)2[(Si,Al)4O10 ](OH)2-nH2O(蒙脫石);分析值:Al2O3:16.54%,FeO:0.26%,SiO2:50.95%,Fe2O3:1.36%,MgO:4.65%,CaO:2.26%,K2O:0.47%,H2O:23.29%。

化學文摘社編號:?1302-78-9[1]?

密度:2~3g/cm3

沸點:381.8°C,760mmHg

閃點:184.7°C

蒸汽壓:4.93E-06mmHg,25°C

RTECS 編號:CT9450000

風險術語:R20/22:;R8:;R20/22?:;R8?:

安全術語:22-24;25;S22:;S24/25:;S22;S24/25;S22?:;S24/25?:

Hazard Category:20/22-8

毒理學數據:1302-78-9 ( 危險物質數據)

毒性:未規定每日允許攝入量(糧農組織/世衛組織,2001 年)。GRAS(美國食品和藥物管理局,§184.1155,2000 年)。[2]?

2簡介編輯

膨潤土是以蒙脫石為主要礦物成分的非金屬礦物,蒙脫石的結構是由兩個矽氧四面體夾壹層鋁氧八面體組成的2:1型晶體結構

膨潤土

[3]?由於蒙脫石晶胞形成的層狀結構中存在某些陽離子,如Cu、Mg、Na、K等,而這些陽離子與蒙脫石晶胞很不穩定,容易被其他陽離子交換,因此具有較好的離子交換性能。它已在工農業生產的 24 個領域的 100 多個部門得到應用,有 300 多種產品,因此被稱為 "萬能土"。

膨潤土又稱斑石、皂石或膨潤土。我國開發利用膨潤土的歷史悠久,最初只是作為洗滌劑。(四川仁壽地區幾百年前就有露天礦,當地人稱膨潤土為泥粉)。真正廣泛應用不過百年歷史。美國最早是在懷俄明州的古地層中發現黃綠色粘土的,遇水能膨脹成糊狀,後來人們就把具有這種性質的粘土統稱為膨潤土。事實上,膨潤土的主要礦物成分是蒙脫石,含量為 85-90%,膨潤土的某些性質是由蒙脫石決定的。蒙脫石可以是黃綠色、黃白色、灰色、白色等多種顏色。可為致密塊狀,也可為疏松土狀,用手指搓揉時有滑膩感,小塊狀遇水體積膨脹數倍至 20-30 倍,在水中呈懸浮狀,遇水較少呈糊狀。蒙脫石的性質與其化學成分和內部結構有關。

3分類編輯

層間陽離子的種類決定膨潤土的類型,層間陽離子為Na+的稱鈉基膨潤土;層間陽離子為Ca2+的稱鈣基膨潤土;層間陽離子為H+的稱氫基膨潤土(活性白土、天然漂白土-酸性白土);層間陽離子為有機陽離子的,稱有機膨潤土。

活性白土

活性白土是以粘土(主要是膨潤土)為原料,通過無機酸化,再用水漂洗、幹燥制成的吸附劑,外觀為乳白色粉末,無臭、無味、無毒,吸附性能很強,可吸附有色物質、有機物質。可吸附有色物質和有機物質。易吸收空氣中的水分,放置時間過長會降低吸附性能。但加熱到 300 攝氏度以上時,開始失去結晶水,結構發生變化,影響褪色效果。活性白土不溶於水、有機溶劑和各種油類,幾乎完全溶於熱燒堿和鹽酸,相對密度為 2.3~2.5,在水中和油中膨脹很小。

天然漂白土

即天然產出的本身具有漂白性能的白色粘土,以蒙脫石、鈉長石、石英為主要成分的白色、白色和灰色粘土,是膨潤土的壹種。

主要是玻璃質火山巖分解的產物,吸水後不膨脹,懸浮液的pH值呈弱酸性,與堿性膨潤土相差較大;其漂白性能比活性白土差。顏色壹般為淺黃、青白、灰白、二白、褐色、乳白、桃紅、藍色等。純白色比較少見。密度 2.7-2.9g/cm,由於多孔的關系密度往往較低。化學成分與普通粘土基本相同,主要化學成分是氧化鋁、二氧化矽、水和少量的鐵、鎂、鈣等。無可塑性,吸附性強。因含有大量水合矽酸,故石蕊呈酸性。遇水易裂,含水量很大。壹般來說,細度越細,脫色能力越強。

在質量評價的探索階段,要確定其漂白性能、酸度、過濾性能、吸油性等項目[4]?

有機膨潤土

有機膨潤土是壹種無機礦物/有機銨絡合物,以膨潤土為原料,利用膨潤土中蒙脫石的片狀結構及其能在水中或有機溶劑中溶解分散成膠體級粘性顆粒的特性,插入有機覆蓋劑,通過離子交換技術而制成。有機膨潤土在各種有機溶劑、油類、液體樹脂中都能形成凝膠,具有良好的增稠性、觸變性、懸浮穩定性、高溫穩定性、潤滑性、成膜性、耐水性和化學穩定性,在塗料工業中具有重要的應用價值。它還廣泛應用於油漆油墨、航空、冶金、化纖、石油等行業。

膨潤土礦

膨潤土礦是壹種多用途礦物,其質量和應用主要取決於蒙脫石的含量和類型特性及其晶體化學特性。因此,其開發利用必須因礦而異,因作用而異。如生產活性白土、鈣基改鈉基、用於石油鉆井用鉆井泥漿、代替澱粉用於紡紗、印染泥漿、建築材料用內外墻塗料、制備有機膨潤土、合成4A沸石膨潤土、生產白炭黑等。

鈣基和鈉基的區別

層間陽離子的種類決定膨潤土的類型,層間陽離子為Na+的為鈉基膨潤土;層間陽離子為Ca+的為鈣基膨潤土。鈉蒙脫石(或鈉基膨潤土)的性質比鈣基膨潤土好。但鈣土在世界上的分布比鈉土廣得多,所以除了加強鈉土的尋找外,就是對鈣土進行改性,使其成為鈉土。[5]?

4性質編輯

簡述

膨潤土是壹種粘土巖,又稱蒙脫石粘土巖,常含有少量鈦鐵礦、高嶺石、伊洛石、綠泥石、沸石、石英、長石、方解石等。壹般呈白色、淡黃色,因含鐵量的變化而呈淺灰、淺綠、粉紅、褐紅色、磚紅色、灰黑色等;具有蠟狀、土狀或油脂狀光澤膨潤土或疏松如土,或致密堅硬。主要化學成分是二氧化矽、氧化鋁和水,還含有鐵、鎂、鈣、鈉、鉀等元素,Na2O 和 CaO 的含量對膨潤土的物理化學性質和工藝技術性能有很大影響。蒙脫石礦物屬於單斜晶系,通常為土狀塊體,白色,有時帶淺紅、淺綠、淡黃等顏色。光澤暗淡。硬度 1 ~ 2,密度 2 ~ 3g/cm3。根據蒙脫石中可交換陽離子的種類、含量和層電荷大小,膨潤土可分為鈉基膨潤土(堿性土)、鈣基膨潤土(堿性土)、天然漂白土(酸性土或酸性白土),其中鈣基膨潤土包括鈣鈉基和鈣鎂基等。膨潤土具有很強的吸濕性和膨脹性,可吸附自身體積 8 至 15 倍的水,體積膨脹可達數倍至 30 倍;在水介質中可分散成膠狀而懸浮,這種介質溶液具有壹定的粘度,能變化和潤滑;陽離子交換能力強;對各種氣體、液體、有機物都有壹定的吸附能力,最大吸附量可達自身重量的 5 倍;它對與水有關的水、液體、有機物都有壹定的吸附能力,最大吸附量可達自身重量的 5 倍。它與水、泥或細砂混合具有可塑性和粘附性;具有表面活性的酸性漂白土(活性白土、天然漂白土--酸性白土)可吸附有色離子。

膨潤土

膨潤土具有較強的吸濕性,可吸附相當於自身體積 8-20 倍的水並膨脹至 30 倍;在水介質中可分散為膠體懸浮液,並具有壹定的粘性、觸變性和潤滑性,它與淤泥和砂等摻合料具有可塑性和粘結性,有較強的陽離子交換能力和吸附能力。

吸附

吸附是存在於所有固體物質中的壹種自然現象。我們把某些分子聚集在膨潤土表面的現象稱為膨潤土的吸附現象。這種吸附作用在工業中應用廣泛。如鉆井泥漿常利用膨潤土礦物的吸附特性來調整泥漿參數,以達到不同的目的,如添加降濾失劑,就是通過壹端吸附在膨潤土顆粒表面的聚合物,另壹端溶於水使膨潤土顆粒與水分子之間產生間接聯系。形成架橋效應,減少泥漿中的遊離水,改變泥漿的性能參數,達到降低濾失率的目的。

膨潤土的吸附作用可分為物理吸附、化學吸附和離子交換吸附三種類型。

l)物理吸附。物理吸附是由吸附劑與吸附劑之間的分子間引力產生的,也就是常說的範德華力。物理吸附是壹個可逆的吸附過程,吸附速率和解吸速率在壹定條件下是動態平衡的。物理吸附的主要原因是膨潤土的表面分子具有表面能。由於膨潤土在水中高度分散,物理吸附現象非常明顯。

2)化學吸附。化學吸附是靠吸附劑與吸附劑之間的化學鍵力作用,化學吸附壹般是不可逆的。在鉆井泥漿中應用的化學處理劑就是化學吸附的典型例子,如將木質素磺酸鐵鉻添加到膨潤土泥漿中就是利用鉻離子在膨潤土晶體邊緣上的整合吸附作用。這種化學吸附顯然比物理吸附更穩定。因此,用木質素磺酸鉻鐵處理過的膨潤土泥漿具有較高的耐溫性,可作為地熱井和超深井的高溫泥漿體系。

3)離子交換吸附。膨潤土礦物晶體壹般都帶負電,因此膨潤土顆粒表面要吸附等量的帶相反電荷的陽離子。被吸附的陽離子可與溶液中的陽離子發生交換,這種作用稱為離子交換吸附。離子交換吸附的特點是:相同數量的離子相互交換,等量的電相互交換。離子交換吸附的反應是可逆的,吸附和解吸的速率受離子濃度的影響,符合質量作用定律。

影響膨潤土礦物吸附的因素有:

①膨潤土類型的影響。鈉基膨潤土的吸附能力明顯高於鈣基等其他類型膨潤土礦物的吸附能力。

2)膨潤土顆粒粉碎粒度的影響。根據固體吸附理論,粉碎後的膨潤土礦物吸附能力明顯提高,粉碎後的礦物越細,吸附效果越強。

3)溶液介質的影響。根據雙電層理論,膨潤土礦物晶體帶負電,在形成雙電層後會進行離子交換。如果溶液中離子濃度過高就會壓縮膨潤土顆粒的雙電層,抑制膨潤土的分散和擴散,甚至使膨潤土發生內聚和團聚。

膨脹

膨潤土遇水膨脹,產生這種自然現象的主要原因是膨潤土礦物晶層間距增大,水分子進入礦物晶層,此外還有膨潤土礦物膨脹的原因和膨潤土礦物的陽離子交換效應。膨潤土的膨脹性與蒙脫石含量的關系很大,鈉基膨潤土的膨脹性明顯強於鈣基膨潤土,另外純度較高、蒙脫石含量高的膨潤土膨脹性要強。因此,在實際應用中,如果我們主要想使用膨潤土礦物的膨脹性,那麽我們在考慮膨潤土礦物的種類時首先要選擇鈉基膨潤土礦,其次再考慮蒙脫石含量高的鈉基膨潤土。在機械鑄造和鐵礦球團工作中,對膨脹性要求很高。大量鈣基膨潤土的質量,不能滿足使用要求,因此在使用前需要對鈣基膨潤土進行改性處理。

鈉基膨潤土的分散程度比鈣基膨潤土高,鈉基膨潤土吸水率高,膨脹倍數大。鈉基膨潤土與鈣基膨潤土在吸水膨脹上的不同結果是:

1)陽離子能把膨潤土顆粒聯結起來,限制了膨潤土顆粒的分散。多價離子的電荷密度比單價離子大,顆粒間產生很強的靜電吸引力,使膨潤土顆粒聯結能力強,所以鈣基膨潤土的分散能力比鈉基膨潤土弱。

2)蒙脫石晶格置換產生的負電荷能吸附電性相反的離子,平衡溶液的電性。這些電性相反的離子以水合離子的形式存在於溶液中,帶負電荷的蒙脫石顆粒吸附水合陽離子形成雙電層。雙電層的厚度與反離子價的兩次方成反比,即陽離子價高,水化膜薄,膨脹系數低;而陽離子價低,水化膜厚,膨脹系數高。

3)鈉基膨潤土晶層吸附的水厚度為三層,鈣基膨潤土晶層吸附的水厚度為四層。在極性水分子的作用下,由於靜電引力較小,鈉基膨潤土晶層間可產生較大的晶層間距,而鈣基膨潤土由於晶層樸電引力較大,極性水分子不易進入晶層間,因此,鈣基膨潤土晶層間產生的間距明顯小於鈉基膨潤土,表現在鈣基膨潤土比鈉基膨潤土難分散於水中,膨脹倍數低。從本質上講,蒙脫石的膨脹受其化學成分控制,含鈉離子較多的蒙脫石可以持續膨脹,直至成為凝膠狀態。含鈣離子的蒙脫石只能從幹燥狀態膨脹到有限度的含水狀態。我們了解了膨潤土對膨脹影響的深層次原因,就可以人為地有效控制膨潤土礦物的膨脹特性,使其達到最佳效果。

配漿

配漿率是膨潤土顆粒分散在水中形成的壹種懸浮液,這種懸浮液的表觀粘度為15*10-3Ps-s時,每噸膨潤土的配漿立方米數是衡量膨潤土質量的重要指標,壹般鈉基膨潤土的配漿性能優於鈣基膨潤土。計算泥漿率的公式為:

槳率(m3/t)=水的體積(mL)/土的質量(g)+1/土的密度壹般在檢驗表觀粘度時配制表觀粘度在10~25(*10-3?Pa-s)的三杯泥漿,攪拌靜置後放置 16h,攪拌均勻,進行粘度試驗,然後在單對數坐標上標出三點的位置,再將三點的坐標.然後在單對數坐標紙上標出三點的位置,連接起來,在坐標上求得表觀粘度為 15*10-3?Pa-s 時的土壤添加量。

應用

[6]?蒙脫石的性質與層間可交換陽離子的類型密切相關。根據層間主要可交換陽離子的類型,蒙脫石通常分為鈣蒙脫石和鈉蒙脫石。

蒙脫石具有吸附性和陽離子交換性,可用於去除食用油中的毒素、凈化汽油和煤油以及廢水處理;由於其良好的吸水性和膨脹性,以及分散性、懸浮性和制漿性,可用於鉆井泥漿、阻燃劑(懸浮滅火);在造紙工業中用作填料,可優化塗料的附著力、遮蓋力、耐水性和耐擦洗性等性能;由於附著力好,在紡織工業中可代替澱粉用於漿紗既可食用,又不起毛,槳也不發出臭味,真是壹舉兩得。

壹般來說,鈉蒙脫石(或鈉膨潤土)的性能比鈣好。

膨潤土(蒙脫石)由於具有良好的物理和化學性能,可用作凈化脫色劑、粘結劑、觸變劑、懸浮劑、穩定劑、填充料、飼料、催化劑等,被廣泛應用於農業、輕工業以及化妝品、醫藥等領域,因此蒙脫石是壹種用途廣泛的天然礦物材料。

膨潤土可用作防水材料,如膨潤土防水毯、膨潤土防水板及其配套材料,親機械固定法鋪設。適用於PH值為4~10的地下環境,含鹽量高的環境應采用膨潤土改性後使用,並應經檢驗合格後使用。

組成

1898年美國地質學家Knighl在美國懷俄明州落基山河附近發現壹種黃綠色吸水膨脹粘土物質,因之得名:"?堡?貝通?",因而命名為膨潤土(Betonite)。膨潤土又稱膨潤土或膨潤土,膨潤土的主要礦物功效成分是蒙脫石,高品位含量為85-90%,膨潤土的某些性質也是由蒙脫石決定的。

蒙脫石的顏色有黃綠色、黃白色、灰色、白色等多種。可為致密塊狀,也可為疏松土狀,用手指搓揉時有滑膩感,小塊遇水體積膨脹,在水中呈懸浮狀,少水時呈糊狀。蒙脫石具有吸附和陽離子交換性能,可用於去除石油、汽油和煤油中的毒素,凈化、處理廢水。

5發展現狀編輯

勘探研究表明,我國膨潤土儲量居世界首位,種類齊全,廣泛分布於全國26個省市,產量和出口量均居世界前列。據不完全統計,目前我國膨潤土年產量已超過350萬噸,而總儲量占世界總量的60%。至今累計探明儲量超過50.87億噸,保有儲量超過70億噸。

現已探明的100多處膨潤土礦產地主要集中在新疆、廣西、內蒙古和東北三省,其中新疆和布克賽爾蒙古自治縣境內的膨潤土礦儲量已突破23億噸,是目前全國探明儲量最大的膨潤土礦區。據新疆地礦部門證實,和布克賽爾蒙古自治縣境內有7處膨潤土礦床,其中大型礦床有4處(烏蘭英格爾、日月雷、德倫山南和德倫山西南)。烏蘭英格爾礦區膨潤土礦地質儲量 57.28 億噸,其中表內 C-D 級膨潤土礦儲量 22948 萬噸,表外 D 級儲量 248 萬噸,占全國同級膨潤土儲量的 13.74%。日月磊礦區膨潤土礦地質儲量為800億噸,德潤山南部和德潤山西南部膨潤土礦地質儲量分別為21億噸和O.8億噸。

專家估計,烏蘭布統地區膨潤土礦床遠景儲量可望突破50億噸。廣西產地有寧明、田東、崇左、桂平、橫縣等,儲量最大的是寧明,達64億噸,其次是田東,達4000萬噸,總儲量超過ll億噸。內蒙古寧城、興和、霍林郭勒、固陽等地膨潤土礦十分豐富,儲量最大的是赤峰寧城,達 10 億噸以上。其余分布在江蘇、四川(南充)河北、湖北、山東、安徽、浙江、江西、河南、陜西、甘肅等省(區)。可見,膨潤土礦資源高度集中,有利於形成大型企業集團,建立規模化生產基地,向專業化、規模化、集約化發展。

據預測,我國膨潤土礦資源量已突破80億噸,為開發研究新產品、開拓市場、提高競爭力等奠定了資源基礎。但我國膨潤土開發利用程度很低,累計開采量不到探明儲量的1%。在國際市場上更是出現了 "低出高進 "的局面,即出口低檔產品(原礦、鑄造、鉆井、低檔活性白土等),進口高檔產品(洗衣粉柔軟劑、高檔有機土等)。

據不完全統計,我國膨潤土產品年產銷量約600萬噸。該行業的特點是企業規模小(年產量在1萬噸以上的企業屈指可數)、技術水平低,由於是資源型行業,競爭不是很激烈,產銷量和價格逐年上升。堿活化膨潤土生產用於P型洗滌的沸石的方法

16、接枝膨潤土高吸水性材料及其制造方法

17、鋰基膨潤土懸浮劑的制造方法

18、鋰基膨潤土的生產方法

(二)設備選型

1、分級反擊式粉碎機,該設備粉碎膨潤土粒度可調,產量大等優點;

2、環磨機,該設備適用於集約化生產線,破碎膨潤土粒度可調範圍非常廣,產量大等優點。

7技術介紹編輯

國外技術

美國在世界膨潤土研究方面壹直處於領先地位,國內許多膨潤土產品標準的制定也是以美國標準為藍本。歐洲壹些國家、日本、韓國在某些產品上也有較為先進的技術。相對於國外,國內的產品和市場發展相對緩慢,產品以常規產品為主。這與國內的環境、政策和資源狀況有很大關系。

國內技術

早期國內膨潤土的研發主要集中在浙江,國內比較高檔的產品也集中在浙江,生產這種產品的企業以浙江華特、浙江豐虹為代表。近年來,國內許多高校、科研院所在膨潤土研究方面也取得了長足的進步,擁有了壹系列膨潤土深加工技術。比較有代表性的有武漢理工大學、中國礦業大學、中國地質大學、蘇州非礦研究所、鄭州研究院等。

中國非金屬礦工業總公司戰略礦產膨潤土,在新疆、湖北、北京均有膨潤土企業,涵蓋冶金、鋼鐵、鉆探、建築防水等領域。其技術中心以旗下企業新產品研發為依托,在環保、新型防水、凈化等技術上擁有大量科研成果和自主知識產權,並利用品牌優勢與北京高校、科研院所、企業形成較好的聯合體,以其獨特的優勢和技術專長在華北地區形成新的研發基地。

8 編輯如何鑒別

在肉眼鑒別中,優質膨潤土為純白色,壹般也有灰白色或無黃白色,常因吸水或含有雜質而呈淺綠、淡綠、玫瑰紅等顏色。風幹後仍為純白色、灰白色或淡黃白色。用手掰開後,斷面不平整,呈凍凝膠狀。有油脂光澤,手摸有滑膩感。能吸水膨脹,好的能變成膠狀。如果經過長時間風幹水分流失,又會變得疏松。膨潤土具有很強的離子交換力,可以吸附或吸收各種顏色。與油脂混合可使油脂更滑溜。其微細粉末與水的懸浮液具有良好的分散性(松散性),不易沈降。天然膨潤土的種類,主要是根據蒙脫石陽離子相對含量的種類分為鈣基、鈉基、氫基、鋰基蒙脫石等,其中以鈣基蒙脫石為主的粘土稱為鈣基膨潤土。我國大部分膨潤土礦山生產鈣基膨潤土,鈣基膨潤土比鈉基膨潤土便宜,而且容易得到,所以我們在肉雞和蛋雞的試驗上,都使用鈣基粘土。用膨潤土添加劑餵雞,因為適口性好,雞愛吃。

但僅靠上述肉眼等感官鑒別還不夠準確。我國目前還沒有統壹的膨潤土鑒定國家標準。大多數礦山上執行的是機械部關於《鑄造用膨潤土、粘土部頒標準》(1997年)和企業標準。主要測定吸水率、水分、膠體介質量、吞吐量、濕壓縮強度、膨脹系數、pH值等,測定方法和標準在此從略。

全國縣以上膨潤土開采廠為20多個,社辦膨潤土開采廠有100多個,絕大多數省(自治區)都有。全國大部分縣(市)建材公司或物資商場都有膨潤土。農村鄉鎮和地方上搞翻砂的小廠壹般都用膨潤土,與它們接觸的量不多,但壹定要註意質量。[7]?

9項工業指標編輯

膨潤土礦石質量的壹般工業要求以礦石中蒙脫石含量來衡量:

邊界品位:≥40%;

工業平均品位:≥50%o

蒙脫石含量壹般折算為吸藍量。即:

M=B/K'100

M-膨潤土礦中蒙脫石的相對含量,%:

B-吸藍量,毫克當量/100克試樣:

K-換算系數

最小可采厚度:1-2米;

夾石排拒厚度:≥1米[8]

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