资源型矿物简介、膨润土

十、膨润土,东北大学矿物材料与粉体技术研究中心高鹏,第三章、非金属矿物分述,10.1、膨润土基本特征,膨润土又称膨土岩，斑脱岩，是一种以蒙脱石为主要矿物的粘土岩，质纯的膨润土罕见，一般都含有不等量的杂质，如石英、长石、云母、沸石等，其纯度因产地而有所差异。膨润土中蒙脱石含量一般为80%90%，密度2.42.8g/cm3，熔点13301430。,图10.1 蒙脱石的晶体结构图,四面体中少量的Si4被Al3替换，八面体中有少量的Al3+被Mg2+所替换，造成晶体结构层间产生永久的负电性;此负电由晶层间被吸附的阳离子（ Ca2+和Na+ ）来平衡， Ca和Na称为可交换阳离子。,图10.1 蒙脱石的晶体结构图,蒙脱石呈白色，有时为浅灰、粉红或浅绿色，硬度22.5，密度22.7g/cm3，柔软、有滑感。膨润土的分类： 根据层间阳离子的不同，可将膨润土分为钙基、钠基、镁基、钠钙基、镁钠基等各种膨润土。,10.2、膨润土的工艺性能,(1) 膨胀性膨润土具有较高的吸水性，吸水后因蒙脱石层间距离加大，表现为自身体积膨胀。膨润土吸收水之后，体积可膨胀至自身体积的1030倍。(2) 吸附性由于蒙脱石为TOT型层状结构，膨润土具有很大的比表面积。它不仅有很大的外表面，而且具有巨大的内表面；巨大的表面积伴随产生巨大的表面能，使其对气体、水分以及溶液中某些色素、有机化合物等均具有很强吸附性。,(3) 阳离子交换性蒙脱石单位晶胞带负电荷，而成为一个大的负离子，这个大负离子具有吸附某些阳离子和极性有机分子的能力，进而使阳离子可以发生交换。(4) 悬浮性膨润土具有悬浮性，一方面是由于蒙脱石颗粒非常细小(0.2m以下)，另一个原因是蒙脱石晶胞都带有相同数目的负电荷，彼此同性相斥，在稀溶液里很难聚附成大颗粒，而保持良好的悬浮性。,(5) 分散性这一特性是由蒙脱石特殊结构所决定，一方面蒙脱石晶胞颗粒细小，另外晶胞带有很多金属阳离子和羟基亲水基，因此表现出了强烈的亲水性和分散性。(6) 粘结性膨润土与水混合带来很大的粘结性。该特性来源于多方面，如膨润土亲水，颗粒细小，晶体表面电荷多样化，颗粒的不规则性，羟基与水形成氢键，对微量有机物的吸附和多种聚附形式形成溶胶，聚集、絮凝、凝胶等产生的粘结性。,(7) 触变性在有外加搅动时悬浮液表现为流动性很好的溶胶液，停止外加搅动时，就会自行排列成具有立体网状结构凝胶，并不发生沉降分层和有水离析出来。再施加外力搅动时，凝胶又能迅速被打破，恢复原有流动性。 (8) 稳定性膨润土能耐300高温(140逸出自由水和吸附水，300逸出层间水，500失去结晶水)，具有良好的热稳定性。基本不溶于水和有机溶剂，在强酸、强碱里微溶，常温下不被强氧化剂和强还原剂破坏，具有良好的化学稳定性。,(9) 无毒性膨润土对人、畜、植物均无腐蚀、无毒害，因此能用作医药载体、饲料添加剂和土壤改良及化肥载体等。“万能粘土”膨润土作为粘接剂、吸附剂、吸收剂、填充剂、催化剂、蚀变剂、絮凝剂、洗涤剂、稳定剂、增稠剂等。广泛用于铁矿球团、铸造、钻井、石油、化工、轻工、纺织、造纸、橡胶、农业、医药等领域。深加工制备活性白土、有机膨润土、药用膨润土、膨润土环境材料。,10.3、膨润土的钠化,为什么进行钠化？由于钙基膨润土的阳离子交换容量低，膨胀倍数小，有时需要将钙基膨润土改性成钠基膨润土，以提高其应用价值及经济价值。 如何实现钠化？ 钙基膨润土的钠化是向钙基膨润土中加入一些钠盐或锂盐（碳酸钠、碳酸锂），钠离子或锂离子置换蒙脱石层间的钙离子或镁离子，从而使之转化为钠基膨润土。,图10.2 膨润土的钠化流程,10.3、膨润土的酸化,膨润土的酸化是指用酸对膨润土进行处理，使之成为具有较强的化学活性、吸附性和催化性的膨润土的过程。酸化后的产品称为酸化活性膨润土、酸化活性漂白土、酸性白土、活性白土、活化白土等。,膨润土的酸化-活性白土制备工艺膨润土的酸化是采用一定浓度的盐酸或硫酸处理膨润土。无机酸首先要溶掉膨润土中的杂质，如方解石等；氢离子取代可交换阳离子（Ca2+、Mg2+、K+、Na+）；在不改变蒙脱石层状结构的情况下，溶出蒙脱石八面体层中的部分Mg2+、 Fe3+、 Fe2+ 、Al3+,以及四面体层中的部分Al3+,由半径较小的H+取代他们的相应位置。,图10.3 膨润土的酸化流程,活性白土的用途油脂脱色和净化是酸化膨润土的传统的、也是最主要的用途。油脂经酸化活性膨润土脱色，同时也除去其中的有害杂质，增强油的稳定性。脱色产品包括石油化工产品的各种矿物油，如润滑油、凡士林油、煤油、柴油、汽油等；各种植物油，如棉籽油、米糠油、豆油、花生油、菜籽油等。全世界每年所产的酸化膨润土的大部分用于油脂脱色。同时酸化膨润土还可用作吸附剂、石油精炼催化剂等。,10.4、膨润土的有机化,膨润土的有机化是指利用有机阳离子，如铵盐类化合物，置换蒙脱石层间的可交换阳离子，从而堵塞水的吸附中心，使其失去吸附水的作用。这就从根本上改变了膨润土原有的性质。进而生成了一种疏水亲油的有机膨润土络合物，该有机物在有机溶剂中强烈膨胀，且可形成触变性好的凝胶体。,有机膨润土制备工艺制备有机膨润土所需的有机阳离子，一般由烃链长度适中的表面活性剂提供。若烃链太短，则在水中的溶解度大，而不利于在膨润土表面形成覆盖层，疏水性差；若烃链太长，又因在水中的溶解度过低，不易分散，使非极性基过分疏水而影响与膨润土的离子交换。实践结果表明，烃链长度以不少于12个碳原子为宜。,有机膨润土的应用有机膨润土主要应用于油漆、油墨、涂料、化妆品、石油钻井等行业，用作防沉剂，增稠剂、解卡剂；在润滑脂中加入有机膨润土，还可以改善其高温性能。我国目前有机膨润土的产量明显不足。据预测，涂料、油墨产量将按年平均5%的速度增长，有机膨润土的市场潜力很大。 有机膨润土是膨润土精加工的高