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          【產業透視】膨潤土的高附加值利用與深加工技術

          信息來源:本站 發布時間:2023-04-25

          我國開發使用膨潤土的歷史雖悠久,是膨潤土生產大國,但仍不能稱為生產強國。


          一方面,按照蒙脫石層間的陽離子種類,膨潤土分為鈉基、鈣基、鎂基、鋁基等多種類型。我國膨潤土礦資源豐富,種類齊全,但以鈣基膨潤土為主,約占總儲量的80%。而鈉基膨潤土比鈣基膨潤土的膨脹性、膠質價和陽離子交換容量高,分散性、粘性、潤滑性及熱穩定性良好,應用更廣泛。美國的鈉基膨潤土儲量居世界首位,懷俄明膨潤土以儲量多、質量好著稱于世。


          另一方面,我國是膨潤土生產大國,但膨潤土開發利用程度較低,尤其是膨潤土的深加工和高附加值利用是目前我國膨潤土加工行業的一個薄弱環節,造成膨潤土產品在國際市場上“低出高進”的局面。


          改性變身,價翻多倍


          目前,我國膨潤土的價格跟產品用途、類型等密切相關。從產品用途來看,鑄造用膨潤土的價格一般在450~650元/t,鉆井泥漿用膨潤土的價格在400~600元/t,一般球團用膨潤土的價格在400~500元/t,復合球團用膨潤土價格在700元/t,高端的工程用膨潤土價格在1500元/t。而橡膠專用膨潤土售價為4800元/t,硅橡膠專用膨潤土售價為6500元/t,紡織印染專用膨潤土售價為12000元/t。


          從產品類型來看,鈉基膨潤土的價格一般在300~500元/t,鋰基膨潤土的價格一般在3000~3500元/t,活性白土價格為1200~1800元/t,顆粒白土為4000元/t,而加工成有機膨潤土、無機凝膠價格可高達每噸上萬元。


          通過可控改造和深度加工制備系列功能性蒙脫石材料,不僅應用領域更廣泛,而且附加值高、更具價格優勢。


          膨潤土高附加值利用方向


          目前,約18%膨潤土用于鑄造工業,24%用于鉆井泥漿,32%用于鐵礦球團。產品同質化現象嚴重,高端產品技術水平與歐美日等國相比還有很大差距。


          膨潤土具有《中國制造2025》重點領域技術路線圖提出的“先進基礎材料是指具有優異性能、量大面廣且‘一材多用’的新材料”的特征。隨著國民經濟和科技的發展,膨潤土深度加工材料與制品的應用熱點領域也在變化,近期發展的熱點領域主要有:膨潤土生態環境材料—包括創造良好居住環境和治理環境污染的材料與制品及生態保護與節能降耗材料等;膨潤土農業園藝材料—包括育種育秧、保水保肥、沙漠與土壤改良、無土栽培、抗霉殺蟲和重金屬鈍化材料等;膨潤土納米材料—包括納米凝膠、納米復合材料、納米組裝分子篩等;膨潤土高技術材料—包括與機械制造、軍工、航天、電子有關及極端條件下使用的膨潤土材料與制品;等等。


          膨潤土深加工技術


          膨潤土高附加值深加工工藝前提,是利用選礦提純技術,將所含的蒙脫石含量提高到80%以上,提純加工后的產品被稱為蒙脫石,可直接作為蒙脫石基原料銷售;對蒙脫石再進一步進行無機或有機改性,可制得催化劑載體、無機凝膠、有機膨潤土、有機/無機納米復合材料、鋰基膨潤土等其它高附加值產品。


          提純


          膨潤土的提純工藝主要分為干法和濕法兩種,干法適用于提純蒙脫石含量較高(≥80%)或雜質易于分離的膨潤土,濕法則適用于蒙脫石含量較低(40%~80%)且雜質伴生密切的膨潤土礦。我國膨潤土礦的蒙脫石含量普遍較低,約為60%,使用干法難以充分分離雜質,因為蒙脫石的密度(2.1~2.5g/cm3)與雜質礦物密度(2.5~2.6g/cm3)相近,且干法磨礦無法將黏土礦物(粒徑小于2μm)與雜質充分解離,因此該工藝無法實現蒙脫石的有效提純,故我國多采用濕法提純工藝。濕法提純蒙脫石主要有自然沉降法、絮凝法、高速離心法和分級法等。


          改性


          膨潤土本身具有陽離子交換性,由于這個特性可以經過活化改性或者交聯改性等方法使其他的形式的陽離子插入到蒙脫石層間,增加膨潤土的層間距和比表面積,由此來改善膨潤土的各種性能。膨潤土常見的改性方法有無機改性、有機改性、焙燒改性、酸活化改性及微波活化改性等。


          無機改性法


          無機改性法即無機柱撐改性,又稱為支撐改性、插層改性和交聯改性等,其改性機理就是利用蒙脫石的陽離子交換性將一些半徑較大的金屬陽離子引入到蒙脫石的晶間結構中,以此來增加膨潤土的層間距、比表面積和孔體積等。


          有機改性


          有機改性和無機改性都是利用蒙脫石的陽離子交換性,但不同的是有機改性的藥劑是有機離子聚合物,有機改性將有機離子插入到蒙脫石層間,所以經過改性的膨潤土會有較強的疏水性和親油性。


          焙燒改性


          焙燒改性是將膨潤土在高溫條件下煅燒,高溫煅燒會蒸發掉膨潤土的水分,去除孔間的雜質,達到增強膨潤土吸附性能的目的。焙燒還會改變膨潤土的微觀結構,使蒙脫石的層狀結構更加松散,從而增加膨潤土的比表面積。焙燒的重點在于焙燒溫度和時間,溫度低、時間短達不到改性效果,溫度高、時間長又會破壞蒙脫石的層狀結構。


          酸活化改性


          酸化活化法是指利用不同濃度的酸處理天然膨潤土,使得膨潤土層間的Na+、Mg2+、K+、Ca2+等陽離子轉化為可溶性鹽溶出,從而削弱蒙脫石晶體層間的鍵能,使層間距增大,形成具有微孔網格結構及更大比表面積的多孔活性物質。常用的酸有硫酸、鹽酸等。酸化法同時也可去除膨潤土孔隙中的雜質,增大孔容積,有利于吸附質分子在其中擴散。因此,改性得到的酸活化膨潤土具有較強的化學活性和物理吸附性。


          鈉化改性


          鈉化改性法主要用于鈣基膨潤土的改性,常用的改性方法有懸液法、干混合法、濕堆放法以及濕擠壓法等,常用的鈉化劑有Na2CO3、NaCl等。改性原理是通過離子交換作用,用Na+將層間的Ca2+置換出來,造成正電荷虧損,再由吸附在晶體外表面以及晶層之間的Na+平衡負電荷。


          微波活化改性


          微波活化改性主要通過釋放電磁使分子發生極化,極化分子在磁場作用下發生振動,膨潤土可以獲得不同深度的能量。


          無機/有機復合型改性法


          利用膨潤土的層間隙比較大以及陽離子可交換性的特點,主要是先用無機聚合物將其層間域撐開,再通過活化劑把膨潤土的表面性質進行改變的方法。



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