[发明专利]一种高性能多用途改性膨润土的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能多用途膨润土的改性方法，特别涉及一种利用“干法”制备改性膨润土的工艺，属于膨润土材料深加工技术领域。

背景知识

膨润土(Benionite)又叫班脱岩或膨土岩是一种分布广泛的非金属矿产，其主要成分为蒙脱石，蒙脱石矿物晶体结构属二八面体型，其晶体结构单元是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成，属单斜晶系。蒙脱石晶胞间是氧层与氧层相对，靠范德华力连接，作用力较弱，所以晶胞间连结不紧密，在极性分子或外界力的作用下易剥离，Si-O四面体中部分Si⁴⁺离子可以被Al³⁺离子取代，Al-O八面体中的Al³⁺离子可以被Fe²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺等阳离子所置换。这种高低价正离子间的同晶置换结果，造成负电荷过剩，使它具有吸附阳离子和极性水分子能力。

膨润土的这种独特矿物组成与结构特征使其具有如下工艺特性：亲水性与膨胀性；分散性和悬浮性；粘结性和触变性；稳定性和无毒性；可塑性等，膨润土根据层间吸附离子的不同，可分为钠基、钙基、镁基、铝(氢)基及钾基膨润土，常见的为钠基和钙基膨润土。

膨润土广泛应用于冶金球团、铸造、钻井、非开挖定向穿越、化工、食品、环保等多个领域，被称作“万能材料”，主要应用于以下行业：

铸造业，膨润上最主要的用途之一就是在金属铸造中作为粘合剂用于铸造型砂，在浇铸时将砂粒粘合在一块。膨润土允许模具有一定的塑性变化，避免由于模具形变造成的损失，在注入铁水和固结时保持模具的完整，并能使铸件轻易地脱落出来。钙基土和钠基土均可用作粘合剂，但对高压造型和钢铸件、精密铸件，要求粘合剂的熔点高、耐用性好，通常选用钠基土。

钻井液，膨润土是一种低成本的钻井材料，作为钻井泥浆的添加剂，其主要作用为：①具有摇溶性和膨胀性，允许重剂悬浮，防止沉淀，保证钻进。②防止气液露出井壁，稳固井壁。③润滑钻头。④在钻井液中起乳化作用。一般情况下用钙基土比钠基土更适于钻石油探井、高压喷井、小口径钻井和不稳定地层的钻探。

冶金工业，高炉炼铁一般要求铁矿有一定的粒度，最好粒度大小均匀，形状似球，以保证高炉燃烧均匀，透气性、还原性好，达到大风快烧的目的。用膨润土(钙基土和钠基土均可)作铁矿球团粘合剂，可节省溶剂和焦炭各10-15％，提高高炉生产能力40-50％。

非开挖定向穿越，主要应用于城市各种电缆及天然气管道，在水平定向施工时用膨润土泥浆带出废渣，起润滑和固壁作用。

建材工业，在建材工业上，膨润土可用于生产自色硅酸盐水泥、轻质建材、防水材料(如膨润土防水板、胶泥、止水条和膨润土乳化沥青防水涂料等)、陶瓷釉料和高级瓷、建筑涂料及金属防腐涂料、泡沫绝热材料等。

膨润土在世界储量丰富，分布甚广。目前查明储量将近百亿吨，据统计，钙基膨润土占世界地质储量的70％-80％，而优质的钠基膨润土资源却十分有限。我国膨润土储量仅次于美国，居世界第二位，在世界蒙脱石资源分布中，钙基蒙脱石约占70％-80％，天然的钠基膨润土含量却很小，储量不足5亿吨。我国蒙脱石90％为钙基蒙脱石，由于碱金属离子比钙离子具有更好的水化性能，因而碱金属基膨润土与钙基膨润土相比，具有更好的膨胀性、阳离子交换性、水介质中的分散性、胶质价、粘性、润滑性、热稳定性、及较高的触变性、热湿压强度和干压强度等一系列优点，其应用更加广泛，价格也相对较高。因而对钙基膨润土的改性有着重要的意义。