[发明专利]一种利用NaNO3改型膨润土的方法

说明书

发明名称

一种利用NaNO₃改型膨润土的方法

1技术领域

非金属材料

2背景技术

一、膨润土的矿物学特征及物化性质

膨润土是以蒙脱石矿物为主要成分的粘土矿。蒙脱石为少量碱土金属的含水层状铝硅酸盐矿物。蒙脱石晶体由两层硅氧四面体片夹一层铝氧八面体片组成，属2∶1层型^[1]。由于有些多面体中高价离子被低价位离子置换，造成晶体层间产生永久性负电荷。这种负电荷必然要吸附交换性阳离子如Ca²⁺、Na⁺来平衡^[2]。在晶层间充满着层间水及可交换性阳离子，晶层间吸附的阳离子是可交换的^[3]。膨润土的框架结构使其具有许多特性，如膨胀、吸附和触变性等，因此具有广泛的用途。

膨润土矿一般为白色，淡黄，因含铁量变化又呈浅灰、淡绿、粉红、黑杂等色，具蜡状、块状，油脂光泽。硬度为1，密度约2g/cm³。化学组分主要是SiO₂、Al₂O₃、H₂O。Fe₂O₃、MgO含量有时较高^[4]。此外，Ca、Na、Mg常以不同含量存在于膨润土中。

二、钠化改型的方法及钠化剂的类型

膨润土中Na₂O和CaO含量对膨润土的物化性能和工艺技术特性影响颇大，一般钠基膨润土优于钙基膨润土，主要表现在吸水率和膨胀倍数大，阳离子交换量高，在水介质中分散性好，胶质价高，其胶体悬浮液触变性、粘度、润滑性好，pH值高。因此，要制备高性能胶体产品时，首先要对蒙脱石进行钠化改型。

(一)钠化改型的方法

膨润土的钠化改型是在一定条件下，通过加入改型剂(如Na₂CO₃等)及一定的加工处理(挤压、碾压等措施)，使钙基膨润土转化为钠基膨润土的加工过程。研究表明：钙基膨润土在自然条件下以聚集关态存在。因此，钙基膨润土在钠化进程中，除了必需的自由Na⁺外，还应当采取一定措施使晶体分离，增加钙基膨润土比表面积，加速Na⁺交换Ca²⁺的进程。钙基膨润土的钠化改型近年来取得了许多进展，归纳起来，人工钠化处理的主要方法有以下几种^[5]：

(1)悬浮法

这种方法是在配浆的同时向水中加入钙基膨润土和纯碱，加碱量采用最大湿粘度和最低失水量法确定，一般要加过量碱，液固比为1～8，经浸泡造浆后脱水，干燥，磨粉即得钠基土。

(2)陈化法

在原矿或加工后的干粉中，按所需的Na⁺量(常为矿石量3％～5％的Na₂CO₃量)化成水溶液加入，拌匀，堆放。整个矿石含水量控制在30％左右，堆放时间7～10d，并常翻动拌合，老化后干燥，磨粉。该法钠化效率较差。

(3)挤压法

此法是在加入改型剂的同时，施加一定的压力(剪切力)使蒙脱石颗粒分开，加速Na⁺交换Ca²⁺的进程。在钠化改型时，挤压是关键一步，因为①挤压起到了剥片作用，使蒙脱石颗粒之间、晶层之间，产生相对运动而分离，从而增加了与Na⁺离子的接触面积，易于进行充分的离子交换。②由于挤压摩擦产生了大量热能，加快了离子运动速度，扩大了运动范围，从而增加了反应机会与阳离子交换过速度。③蒙脱石在大的挤压作用下，化学键遭到了破坏，产生断键。这有利于吸附相反电荷的Na⁺离子，从而增加了钠化反应的进行。这种方法是目前最常用的，已取得了较好的效果。

(二)钠化剂的类型

目前，钙基膨润土的钠化改型主要以Na₂CO₃、NaF为改型剂。但是这两种钠盐各有优缺点：Na₂CO₃是传统的改型剂，它成本较低廉，然而使用此改型剂，改型后膨润土质量不佳，给膨润土的使用和进一步深加工带来了一定的困难。使用NaF为改型剂，它虽可获得高质量的钠基膨润土，但是成本较高。因此，必须寻找一种成本既低又能制备出高质量钠基膨润土的钠盐。

三.钠基膨润土的应用