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低品位膨潤土礦提純技術研究進展 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2015-02-02 11:17:26 瀏覽次數: |
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(中國粉體技術網/班建偉)隨著科技和社會生產的發展,對高質量高純度的膨潤土的需求明顯增加。膨潤土中蒙脫石的含量是評價膨潤土質量的重要指標,常用來評判膨潤土品位的高低。
我國膨潤土資源豐富,不同產地的膨潤土中的鈣、鈉、鐵等的含量不同,含鐵量不同使膨潤土表現出不同的顏色。由于自然開采的膨潤土純度不高,中低品位的膨潤土比較多,達不到現代工業生產的純度要求。因此,膨潤土的提純越來越受到人們的關注。膨潤土的純度可以用吸藍量和陽離子交換量(CEC)來表征。吸藍量是指100g膨潤土在水中飽和吸附無水亞甲基藍的量(g);CEC是指100g膨潤土可交換的陽離子的物質的量(mmol)。膨潤土的提純方法很多,依據提純工藝可分為干法和濕法兩種,依據分離原理可分為物理方法和化學方法提純。
1 物理方法提純
物理提純法有風選法、重力淘洗法、離心法、旋流分級法、磷酸鹽法、超聲波振蕩法、電泳法、絮凝法等。根據膨潤土品位和產品純度的要求,通常需要聯合使用幾種方法。
1.1 風選法
風選法主要用于品位比較高的膨潤土(一般蒙脫石的含量大于80%)。它是利用天然土中雜質礦物的硬度和密度都較大的特點,通過逐級分離沉降將雜質分開。膨潤土原礦經破碎、干燥、風選分級、碾磨,得到精制土。干燥分兩段進行,首先,通過自然干燥,然后采用流態化干燥機、回轉百葉窗式烘干機、旋風式烘干機等進行干燥。該方法操作簡便,處理量大,但產品的質量不容易控制,而且容易造成嚴重的空氣污染,由于大部分膨潤土屬于中低品位,因而該方法在試驗中和工業生產中較少適用。
1.2 重力淘洗法
重力淘洗法又稱自然沉降法。重力淘洗法的基本工藝為原礦粉浸水制成泥漿,然后放入沉降槽,使其自然沉降。
詹建華對鈣基膨潤土采用沉降法進行提純。將膨潤土原礦浸泡24h后,充分攪拌30min,使膨潤土顆粒充分分散;之后進行預沉降分選,以濾去泥沙等粗顆粒和重礦物。然后根據斯托克定律設計精細分選試驗,并重復多次分選過程,最終獲得純化膨潤土精土,通過電子顯微鏡觀察,其平均粒徑為2~5μm。
Neaman等利用自然沉降法對美國懷俄明州的Na/Ca膨潤土進行了提純。膨潤土中除了蒙脫石之外,還含有石英3%、鉀長石2%、斜長石9%、碳酸鹽3%、云母2%以及其他礦物1%。大塊樣品中86.1%的顆粒粒度小于2μm,8.8%的顆粒大小在2~50μm之間,粒度大于50μm的顆粒占5.1%。將樣品溶解在水中,制成泥漿,在重力作用下,大顆粒物質沉降,粒度小于2μm的部分顆粒被分離出來。這部分分離出來的顆粒即為純化的蒙脫石,其陽離子交換量為71.5mmol/100g。重力淘洗法可除去長石、石英等粒度比較大的顆粒,對膨潤土進行粗提純。
1.3 離心法
在很多情況下,僅靠重力自然沉降分級提純膨潤土需要較長時間。因此,一般經自然沉降去雜質后的懸濁液,再進一步通過旋流、離心來強化分選,得到純度比較高的膨潤土。
Lin等用高速離心法對臺灣臺東縣的膨潤土(蒙脫石30%~40%,含綠泥石、高嶺石、伊利石等雜質)進行了提純。將1kg原礦物溶解在4kg蒸餾水中,室溫靜置3d使礦物全部浸濕,然后經攪拌、離心、冷凍、干燥制得純度較高的膨潤土。
武占省等考察了液固比、離心轉速和離心時間對提純的影響。當膨潤土制漿的液固比為12∶1,進行制漿40min,采用3000r/min離心10min時,提純的產品中蒙脫石含量達到56.4%,回收率為45.3%。離心法有利于對低品位的膨潤土進行提純,并且改變離心速度和離心時間,對膨潤土的提純都有影響。離心時間的增加有利于提高膨潤土中蒙脫石含量,但對膨潤土的提純效果不是特別明顯,且離心時間越長消耗電能越多。離心轉速提高也有利于蒙脫石的分離。
1.4 旋流分級法
王澤民等將吉林省鈉基膨潤土原礦粉加水浸泡制漿,采用分級法即一級提純除沙,選出粗土進行二級、三級提純,通過脫水、干燥、粉碎得到精土。蒙脫石含量約65%的鈉基膨潤土,經三級提純,蒙脫石含量提高到約90%,精土的收率約45%。
鄭林偉等采用旋流分級法對浙江省安吉膨潤土進行了提純,先將原礦膨潤土搗漿,通過旋流器分級粗選,去除部分較粗的雜質如石英、長石等后,蒙脫石含量有所提高,然后采用一粗二精的旋流器除砂分級提純工藝,獲得的精礦產品吸藍量為45.1g/100g,蒙脫石含量為94.07%,如果再增加一次精選,提純精礦產品的吸藍量可大于46.4g/100g。離心法提純、旋流分級法可使膨潤土中蒙脫石的含量分別提高約15%、25%。在一定條件下,分級法提純膨潤土比離心法效率更高。
1.5 磷酸鹽法
磷酸鹽法是將分散劑加入礦漿中以提高礦物在溶劑中的分散性,有利于膨潤土的提純。常用的分散劑有磷酸鈉、水玻璃、六偏磷酸鈉等。分散劑的種類、用量都會影響提純效果。
張娜等考察了六偏磷酸鈉、水玻璃分散劑對新疆巴里坤鈉基膨潤土提純的影響。僅加入六偏磷酸鈉分散劑,產品純度提高約5%;加入兩種分散劑六偏磷酸鈉和水玻璃(比例為2∶1和1∶1)得到的產品純度更高,其中比例為1∶1時,純度最高為82.50%。
葉力佳等將內蒙古的鈣基膨潤土原礦制成15%的漿液,以0.5%的六偏磷酸鈉為分散劑,提純制備的膨潤土中土蒙脫石含量為95%,產品中石英、方石英、長石顯著降低,提純效果明顯。
張琳等對信陽膨潤土進行了提純研究,分散劑六偏磷酸鈉的用量為0.125%,漿液的液固比為12,p H 值= 8 ~ 9 ,室溫下攪拌8 0 m i n ,靜置沉降120min,去渣,1500r/min離心分離5min,取其上清液,105℃烘干,研磨,過200目篩,制得純化膨潤土,通過吸藍法測定蒙脫石含量為90%。但當六偏磷酸的用量超過0.125%時,蒙脫石的純度反而下降。磷酸鹽法操作簡單,分散劑的加入,可降低膨潤土的團聚程度,有利于膨潤土的提純,不同品質的膨潤土有各自最佳分散劑用量。分散劑用量不足,則礦物分散不充分,過多則會引起絮凝,增加膨潤土漿液的粘稠性,不利于提純。因此,在磷酸鹽法中,分散劑種類及用量的選擇要適當。
1.6 超聲波振蕩法
超聲波振蕩法是利用超聲波進行振蕩,促進漿液分散和縮短分散時間。通常此方法不單獨使用,而是聯合其他方法。Thuc等利用超聲波對越南南部林東的膨潤土(原礦的陽離子交換量為29.5mmol/100g,蒙脫石含量為60%)進行了提純。使用六偏磷酸鈉為分散劑的磷酸鹽法提純制備的產品陽離子交換量為32mmol/100g,蒙脫石含量為65%。對原礦漿液進行超聲振蕩處理后, 制備的產品陽離子交換量為46mmol/100g,蒙脫石含量為93%。若將原礦漿液先進行超聲振蕩,再離心沉降,制備的產品陽離子交換量為48.5mmol/100g,蒙脫石含量為98%。由此可以看出,超聲法和離心法聯合使用,可制備更高純度的膨潤土。
1.7 電泳法及絮凝法
膨潤土分散在水中后,其顆粒帶負電荷,將其懸浮液置于電場中,利用電泳現象,使帶負電荷的膨潤土顆粒聚集在陽極上,達到膨潤土和其他雜質分離的目的。電泳法提純膨潤土一般要求粒度小于2μm,提純后的膨潤土純度較高,且膨潤土中SiO2、Fe2O3減少,Al2O3增加。但由于提純設備十分昂貴,使用中耗電量大,提純成本太高。因此,電泳提純法在工業上的應用受到限制。
絮凝法是將原礦粉浸水制漿,經離心得到高純度漿液,再利用絮凝劑進行絮凝沉淀,過濾,向濾餅中加入反絮凝劑,得到精品。由于絮凝過程中蒙脫石顆粒迅速聚集緊縮,比表面積變小,顆粒部分表面被絮凝劑覆蓋,使其固有的膨脹、吸附和粘結等特性降低,因此限制其在某些領域的應用。
2 化學方法提純
采用物理方法提純膨潤土難以除盡粒度很細的方石英、部分石英、Fe2O3及混合在蒙脫石內部的雜質,以及微量的其他粘土礦物和非粘土礦物,要制得高純度的膨潤土有時就必須采用化學提純法。
化學提純法通常是利用強堿除去方石英和石英,連二亞硫酸鈉(俗稱保險粉)或次硫酸鹽除去
Fe2O3,以達到對粘土的漂白作用。
Alemdar等對土耳其的埃內茲的鈣基膨潤土進行了化學方法提純。將鈣基膨潤土浸入到5% 的NaHCO3溶液中形成膠體,進行鈉化改性,再加入檸檬酸鈉和過二硫酸鈉緩沖溶液,除去其中的鐵氧化物。然后分別用水、NaCl(1mol/L)、HCl(0.05mol/L)洗滌后除去碳酸鹽,使用過氧化氫在80℃時除去其中的有機物。經沉降得到大量粒度小于2μm的蒙脫石。鈉化的蒙脫石在NaCl溶液中凝固,過濾,然后在蒸餾水中透析,直到電導率為7~8mS/cm,經冷干、碾磨制備的純化膨潤土陽離子的交換量為102mmol/100g。將膨潤土通過物理方法提純后,再進行化學提純,除去細小的雜質及鐵等金屬氧化物,可以得到更高純度的膨潤土。
3 總結
膨潤土提純方法眾多,要根據膨潤土的品位和應用要求,如高品位(蒙脫石含量在80%左右)的膨潤土可采取風選法提純;低品位的膨潤土則采取濕法提純;含有長石、方解石等粗顆粒雜質的膨潤土可采用重力淘洗法提純;對于那些粒度與蒙脫石相近或者包裹在蒙脫石里面的雜質需化學方法除去,而在醫療、食品上使用的膨潤土一般不能用化學法提純。
要充分利用好膨潤土資源,提高膨潤土的利用率,減少資源的浪費,這要求我們提高膨潤土的加工技術水平,促進先進的提純技術開發向更環保、低能耗方向發展。
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