(中國粉體技術網/三水)膨潤土是以蒙脫石為主要礦物成分的非金屬礦產,由含水的層狀硅酸鹽構成,其主要化學成分為Ex(H2O)4(Al2-x,Mgx)2[(Si,Al)4O10](OH)2,E代表可交換陽離子,如Ca2+、Mg2+、Na+、K+等。蒙脫石是由兩片頂角朝里的硅氧四面體(Si-0)片中間夾一片鋁氧八面體(A1-04(0H)2)片組成的2:1型晶體結構。四面體與八面體靠其間共用的氧原子連接,各晶胞之間靠氧層連接,結構單元層之間的空間稱為層間域,晶層間距離為0.96-2.14nm。蒙脫石的晶體結構如下圖所示。由于硅氧四面體和鋁氧八面體中的部分硅離子、鋁離子常被其他低價的陽離子置換,從而使蒙脫石晶體結構帶永久性負電荷。為了電價平衡,蒙脫石晶胞就會吸附交換性陽離子。由于蒙脫石晶胞形成的層狀存在Ca2+、Mg2+、K+、Na+等陽離子,這些陽離子與晶胞之間的作用很不牢固,容易被其他陽離子交換,因此具有很好的陽離子交換性。
蒙脫石礦物的“三明治”結構(a)及其晶體結構(b)
我國膨潤土資源豐富,分布廣泛。膨潤土礦床可歸納為五個主要礦帶。其中第一礦帶位于黑龍江省、遼寧省、河北省、山西省、陜西省及四川省等境內;第二礦帶在黑龍江東部、山東省、河南省、安徽省、湖北省、湖南省等境內;第三礦帶則位于浙江省、江蘇省、福建省、廣東省及廣西自治區等境內;第四帶在新疆至甘肅一線;第五礦帶為西藏至云南、貴州一線。
膨潤土常見的形式有如下幾種:鈉基膨潤土、鈣基膨潤土、高白膨潤土、活性白土、鋰基膨潤土、有機膨潤土、交聯膨潤土等。
根據層間主要交換性陽離子的種類,膨潤土通常分為鈉基膨潤土和鈣基膨潤土。天然膨潤土多為鈣基膨潤土,其物化性質不甚理想,一般地講,鈉基膨潤土比鈣基膨潤土的性能優越,主要表現在:鈉基膨潤土吸水速度慢,但吸水率和膨脹倍數大,最大吸水量為其體積的8-15倍,膨脹倍數從幾倍到30余倍,陽離子交換量高,在水中分散性好,膠質價高,并且懸浮性、觸變性、熱穩定性、粘接性、可塑性較好,吸水強度、干壓強度、熱濕拉強度也較高。所以,鈉基膨潤土比鈣基膨潤上經濟價值高,工業上常將鈣土鈉化制備鈉土。鈉基膨潤土在鑄造行業、鉆井泥漿、鐵礦球團、干燥劑、污水處理、建筑工程防水材料、涂料等7種行業需求用量較大。
高白膨潤土是白度最少在80以上的高純度鈉(鈣)基膨潤土,高白膨潤土受益于其高亮度和白度以及較高水平的化學純度,在日化用品、陶瓷、造紙、涂料、制酒、食品等許多方面深受歡迎。
活性白土是用膨潤土為原料,經活化處理,再經水漂洗、干燥制成的吸附劑,外觀為乳白色粉末,無臭、無味、無毒,吸附性能很強,能吸附有色物質及有機物。在空氣中易吸潮,放置過久會降低吸附性能。但是,加熱至300℃以上便開始失去結晶水,結構發生變化,影響褪色效果?;钚园淄敛蝗苡谒?、有機溶劑和各種油類中,幾乎完全溶于熱燒堿和鹽酸中,相對密度2.3-2.5,在水及油中膨潤極小。廣泛用于礦物油、動植物油脂、制蠟及有機液體的脫色精制。還可用作水分干燥劑,內服藥物堿解毒劑,維生素A、B吸附劑,潤滑油重合接觸劑,汽油氣相精制劑等,還可用作中溫聚合催化劑、高溫聚合劑和制造顆粒白土的原料。
通過對貯量豐富、生產量大的鈣膨潤土進行簡單的改性處理,可得到鋰膨潤土。在鈣膨潤土體系中加入鋰鹽(如碳酸鋰),使鋰離子取代鈣離子并達到飽和,即可使鈣膨潤土變為鋰膨潤土,達到改性的目的。目前,能在有機溶劑中溶脹和形成膠體的材料較少,而鋰基膨潤土能夠在有機溶劑中溶脹成膠。鋰基膨潤土既具有鈉基膨潤土浸水水化膨脹性能,又具有有機膨潤土特性,在水和極性有機溶劑如乙醇中均能溶解成膠體或充分溶脹使涂料的粘度增強,適用于水基涂料、耐火基料涂料作增稠劑、懸浮穩定劑。
有機膨潤土是有機液體的有效膠凝劑。在液態有機系統中加入相當少量的有機膨潤土,將大大影響其流變性,粘度增大,流動性改變,使系統成為觸變的。有機膨潤土主要用于油漆、印刷油墨、潤滑油、化妝品及其他許多工業部門,以控制粘度和流動性,使生產更容易、儲存穩定性及使用性能更好。
交聯膨潤土就是用人工加工的辦法,用帶正電荷的交聯劑代替蒙脫石層間可交換的陽離子,將其2:1單元層橋聯撐開,形成一種二維通道(2:1單元層為“板”,交聯劑為“柱”)的層柱狀結構的礦物,其層間距、柱間距可根據需要調節。常用的交聯劑為Al、Fe、Ni、Cr、Ti等金屬的聚羥基陽離子。交聯膨潤土具有很好的熱穩定性,孔隙度高,比表面積大,最早作為催化劑用于石油化工行業。20世紀80年代后期,人們開始注意到交聯膨潤土在工業廢水處理方面的應用研究。
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