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改性膨潤土的應(yīng)用

    1 膨潤土及改性膨潤土1.1 膨潤土的結(jié)構(gòu)和分類膨潤土是一種以蒙脫石為主要礦物的粘土巖，而蒙脫石是含水的層狀鋁硅酸鹽礦物，由兩個硅氧四面體層中間夾一個鋁（鎂）氧（氫氧）八面體層組成，屬于2:1型的三層粘土礦物。

    晶體結(jié)構(gòu)層間存在過剩負(fù)電荷，能以靜電吸附陽離子保持電中性。此外，膨潤土具有很大的表面積，巨大的表面積伴隨著巨大的表面能，使其具有巨大的吸附能力。依據(jù)蒙脫石層間陽離子的比例關(guān)系可將膨潤土分為鈉基、鈣基、鎂基和鋁基膨潤土。其中鈣基膨潤土儲量大，約占總儲量的70%~80%.
 
    1.2 膨潤土的改性天然膨潤土中由于表面硅氧結(jié)構(gòu)具有極強(qiáng)的親水性和層間大量可交換性陽離子的水解，使其表面通常存在一層薄的水膜，而不能有效地吸附疏水性有機(jī)污染物，限制了在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。
 
    因此，對天然膨潤土的改性受到了廣泛的重視。通過酸、氧化劑、無機(jī)鹽等無機(jī)物對膨潤土進(jìn)行改性，可明顯改善其對有機(jī)污染物的吸附性和離子交換性能。目前，在水處理領(lǐng)域應(yīng)用較多的改性膨潤土包括：活化膨潤土、有機(jī)膨潤土、交聯(lián)膨潤土以及有機(jī)交聯(lián)膨潤土。

與烏蘭林格-日月雷膨潤土相比，拉伊格來克膨潤土蒙脫石平均含量要高；膠質(zhì)價、膨脹容也明顯偏高。從ENa+/CEC及ENa+/ECa2+比值看，烏蘭林格及日月雷膨潤土屬鈉鈣基混合土，而拉伊格來克膨潤土以鈉基為主，淺層尤為突出。

托克遜縣柯爾堿膨潤土礦成因類型為蝕變型，整體蒙脫石含量偏低，兩種陽離子含量差別不明顯，膨潤土屬鈣基、鈣鈉基混合的多。從PH值的大小看，柯爾堿膨潤土呈中性，拉伊格來克呈偏堿性，同屬火山巖蝕變型膨潤土礦，但反映出兩礦的成因地質(zhì)環(huán)境有所區(qū)別。

拉伊格來克膨潤土礦形成于古生代石炭——二疊紀(jì)，屬火山沉積型，是中-酸性火山碎巖（主要是各類凝灰?guī)r）直接堆積在水的火山盆地（洼地）經(jīng)水解成礦。礦石以雜色、灰色、灰白色為主，局部地段見粉紅色-磚紅色膨潤土。礦石質(zhì)地較細(xì)，以油蠟光澤為主，次為土狀光澤，蒙脫石含量在45%～99%之間，平均72%.膠質(zhì)價一般大于100ml/15g，平均145.2ml/15g.膨脹容平均16.9ml/g.

吉木薩爾縣帳篷溝膨潤土礦屬火山巖蝕變型礦床，礦石呈磚紅、黃綠、紫褐等雜色，和斑雜狀構(gòu)造。礦區(qū)礦石蒙脫石含量為41.66%～88.69%，中礦段蒙脫石含量更高，平均68.54%；南礦段次之，平均60.14%；北礦段很低，平均52.51%.從地表往深部具有變高的趨勢。與其他礦床相比，膠質(zhì)價較低，膠質(zhì)價一般為81.36ml/15g～95.82ml/15g，平均89.78ml/15g.但離子交換性良好，適合活性白土加工。

目前所有膨潤土根據(jù)不同市場需要加工成了不同的種類，每年需求量也各不相同，分別為鑄造膨潤土110萬噸/年，鉆井泥漿膨潤土70萬噸/年，鐵礦球團(tuán)用膨潤土45萬噸/年，活性白土42萬噸/年，其它干燥劑、涂料、污水處理使用量相對較少沒有確切統(tǒng)計。

鑄造膨潤土

膨潤土作為一種原料加工成型砂粘結(jié)劑，型砂粘結(jié)劑是粘結(jié)劑和砂?；旌虾蟀采傲３蔀檎辰Y(jié)劑膜，使砂?；ハ嗾尺B起來，從而賦與砂型和型芯以足夠的強(qiáng)度，使其在搬運(yùn)、組裝和澆注過程中不致變形和破碎，主要應(yīng)用在高壓造型、氣沖造型、靜壓造型、無震擊真空加壓造型當(dāng)中。

膨潤土根據(jù)其組成主要分為鈉基膨潤土與鈣基膨潤土，層間陽離子為Na+時稱鈉基膨潤土;層間陽離子為Ca+時稱鈣基膨潤土。

天然鈉基膨潤土的特點：復(fù)用性好，濕壓強(qiáng)度高，可吸收更多水分，成型性強(qiáng)，型腔強(qiáng)度高，在鑄造中可以充分防止夾砂、結(jié)疤、掉塊、砂型塌方，利于金屬行業(yè)的濕形鑄造。

人工鈉基膨潤土是通過鈣基膨潤土加工而成，各方面性能均不如天然鈉基膨潤土，但由于天然鈉土產(chǎn)量較少，無法滿足市場需求，所以后來發(fā)現(xiàn)了通過鈣土加工的方法來彌補(bǔ)天然鈉土的不足。

鈣基膨潤土的化學(xué)主要結(jié)構(gòu)是二價鈣離子，注定了其性能不如鈉基膨潤土，其主要作用于輕型鑄件的型砂粘結(jié)劑。

膨潤土的一個重要特點：膨潤土有一定的耐熱能力，通過與水的結(jié)合才能顯現(xiàn)。膨潤土吸附的水在100℃高溫下會脫去自由水，且并不影響其粘結(jié)能力；在200℃的高溫下牢固結(jié)合水才會逐漸會脫去；在200℃以上的高溫下晶格水（氫離子和氫氧根離子的形式存在于礦物結(jié)晶格架某一位置上的水），一般這種水要在幾百到上千度不等才能將水分完全脫除，這部分的水脫除后就成為了死粘土。天然鈉基膨潤土的失效溫度為638℃，人工鈉基膨潤土由于加工工藝的不同失效溫度也不同，但普遍低于天然鈉基膨潤土，鈣基膨潤土為316℃。