[发明专利]用钙基膨润土制备钠基膨润土的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非金属膨润土原矿深加工技术，特别指将天然钙基膨润土以人工湿法同步改型提纯来制备钠基膨润土的方法。

背景技术

膨润土有较好的膨胀性、粘接性、吸附性、触变性、可塑性、润滑性和阳离子交换性等性能，是目前应用范围较广、经济价值较高的粘土矿物之一，已被广泛地应用于冶金、机械、石油、化工、医药、环境治理等领域，被称为“具有千种用途的粘土”。膨润土是以含蒙脱石类矿物为主的粘土，蒙脱石晶体由两层硅氧四面体中间夹一层铝(镁)氧(氢氧)八面体组成，属2∶1型层状硅铝酸盐，四面体中有少量的硅被铝置换，八面体中有少量的铝被镁置换，使晶体层间产生永久性负电荷，因而在晶层间吸附大量可交换的阳离子。根据蒙脱石层间吸附的阳离子种类的不同，可将膨润土分为钙基膨润土、钠基膨润土、氢(铝)基膨润土、镁基膨润土等。我国膨润土矿产资源丰富，分布广泛，总储量居世界前列，但90％为钙基膨润土，天然钠基膨润土很少。已知交换性阳离子的种类与交换容量(CEC)有很大关系：高价阳离子(Ca²⁺、Mg²⁺等)水化膜薄、膨胀倍数低、CEC小；而低价阳离子(Na⁺、K⁺等)水化膜厚、膨胀倍数高、CEC大，可见钠离子比钙离子有更强的水合作用。因此，钠基膨润土比钙基膨润土具有更优越的物化性能，如吸水率大、膨胀倍数高、阳离子交换容量大、润滑性好、热稳定性好并具有更强的可塑性和粘接性等。因此，钙基膨润土的钠化改型是提高其应用价值和经济价值的有效途径之一。

钙基膨润土的钠化改型原理是利用钙基膨润土的阳离子交换性，蒙脱土层间的Ca²⁺遇到一定浓度的Na⁺时便可发生如下反应，从而将其转化为钠基膨润土。

Ca-bentonite+2Na⁺→Na-bentonite+Ca²⁺

钠化改型工艺有干法和湿法两种，干法改型工艺有双螺旋混合挤压法、堆场法、螺旋阻流挤压法等。其主要原理是在膨润土干料中加入溶解的钠盐(常为碳酸钠，也有氯化钠或六偏磷酸钠等)，借助外加高能量机械力的挤压将Na⁺强制引入蒙脱石层间。这种方法较难使膨润土充分钠化，所得钠基膨润土纯度不高。湿法改型工艺又称悬浮液法，即在水介质中添加过量钠盐并不断加热搅拌，使蒙脱石充分分散、膨胀而实现钠化。此法产品质量比较稳定，容易得到高质量、高纯度钠基膨润土，但产品脱水、干燥困难。

专利申请号CN85105253发明了一种由钙基膨润土在一定压力下剪切变形发生离子交换得到钠基膨润土的方法。该方法虽然能很好地实现连续作业，但也存在着以下缺陷：1、所需设备较多、工艺繁琐。该工艺需要混合机、螺旋挤压机、燃烧炉、转筒干燥机、提升机、风选式粉碎机等设备，经过三十多个步骤得到产品。2、对原料要求较高。该工艺流程要求原料为含水份10％左右且粒径小于4mm的钙基膨润土干粉粒。3、产品质量难以控制。该工艺采用剪切变形的方法来实现离子交换，很难保证良好的改型效果，且流程中没有除去SiO₂等杂质的必要步骤。

专利申请号CN88100011对专利申请号CN85105253的方法进行了改进。该方法省去二级破碎机、转筒干燥机等大量设备，简化了工艺流程，采取较为简便的方法实现改型。但该方法同样采用剪切变形的方法实现离子交换，依然不能保证产品质量。且该方法对原料要求也很苛刻：要求钙基膨润土原矿蒙脱石含量大于65％，可交换性阳离子以Ca²⁺为主且不含砂石，而已知除去膨润土中的砂石(SiO₂)杂质亦非常困难。

专利申请号CN97103231.9利用雷蒙磨剪切变形对钙基膨润土实现离子交换一次性生成钠基膨润土。该方法虽然工艺简单、成本低廉，但其产品质量也很难控制，用该方法改型后的钠基膨润土蒙脱石含量仅70％左右。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用钙基膨润土制备钠基膨润土的方法，这种制备钠基膨润土的方法可克服“干法”——剪切法制备钠基膨润土产品质量难以控制、杂质难以除去的缺陷。本发明采用了湿法改型和提纯同时进行、浆液絮凝脱水制备钠基膨润土的方法，增加了除去杂质的必要步骤。而且采用絮凝脱水法有效地解决了湿法改型脱水难的问题，从而实现了低能耗、低成本、高效率制备优质高纯钠基膨润土。