【蒙脱土的相关概述3100字】

蒙脱土的相关概述1.1蒙脱土的结构层状硅酸盐是岩浆岩和变质岩的主要矿物材料之一，分布广泛且储量丰富，包括石墨、高岭土、蒙脱土、蛇纹石等等。由于该种矿物材料热稳定性和可塑性都非常好，而且对环境没有污染，所以在众多化工行业和建造行业都有广泛的应用。层状硅酸盐具有片层结构，有两个基本结构单元，一个是硅氧四面体T，一个是八面体O，可将这两个基本单元的组合分为两大类型：（1）1:1型，又称T-O型结构，即一四一八，高岭土、蛇纹石等矿物具有这种结构单元层；（2）2:1型，又称T-O-T型结构，即二四一八，云母、蒙脱土等许多层状硅酸盐具有这种结构单元层[46]。蒙脱土是典型的T-O-T型三层结构，是一种二维材料，其厚度约1nm，长宽约100nm，其上下两层都是四面体构成的六方网，且顶端的氧原子都朝向中央，如图2-1所示。蒙脱土的化学结构式为(Al,Mg)2[SiO10](OH)2·nH2O，其中Al2O3含量为16.54%，MgO含量为4.65%，SiO2含量为50.95%。因为MMT片层的阳离子Si4+和Al3+容易被较低价的阳离子取代而使MMT片层带负电，所以必须依赖其他层间阳离子来维持电荷平衡[47]，因此蒙脱土具有阳离子可交换性的特点。同时蒙脱土由于具有储量丰富、分散性好、膨胀性好和价格低廉等特点，而受到材料界的广泛关注。在蒙脱土的应用过程中，也可以根据其独特的分子结构优势对其进行改性，使其综合优异性质发挥到最大化，因此蒙脱土在聚合物的填料和纳米复合材料的应用范围也在逐渐拓宽。图2-1蒙脱土结构图Fig.2-1StructureofMMT1.2蒙脱土的提纯蒙脱土是膨润土的主要成分之一，膨润土多产生于火山运动，是一种含水黏土岩，由于其出色的脱色吸附性、净化力和可塑性等，所以该“万能黏土”应用在化工行业、冶金、铸造和纳米技术行业等各种领域。天然的蒙脱土可以分为钙基蒙脱上和钠基蒙脱土，其中钙基的膨润土最多，占所有膨润土的80%以上。天然的钠基膨润土非常少，开采也比较困难，但是其性质优于钙基膨润土，两者的性质比较见表2-1。不过蒙脱土在膨润土中的质量分数都较低，属于中低品位，纯度肯定达不到工业要求，因此提高蒙脱土含量至95%及以上的重要手段之一即对膨润土进行提纯，常用的提纯方法有手选、风选、湿法加工以及化学法。表2-1钙基蒙脱土和钠基蒙脱土性质比较Tab.2-1Comparisonofthepropertiesofcalcium-basedMMTandsodium-basedMMT蒙脱土类型膨胀性吸水性可塑性胶体分散性钙基蒙脱土遇水分散，膨胀性一般差中等在水中分散能力差，不易形成稳定的悬浮液钠基蒙脱土遇水即吸水软化，膨胀性良好良（2-3倍）好在水中分散能力强，易形成稳定的悬浮液手选通常在采矿现场进行人工分选，将矿石中的废石筛选出来，手选的加工流程为：原矿→碎矿→干燥：人工分选-磨粉-包装。首先将大块蒙脱土破碎至约20mm左右，轻质蒙脱土不需要破碎；然后通过自然晾干或加热干燥使得矿石含水率降至12%以下。目前国内95%的矿山都采用风选，这种方法只适用于蒙脱土含量在80%以上的原始矿物。风选的原则流程为：原矿→干燥→磨粉→分级→包装。当天然蒙脱土质量较好时，提纯的效果较好。但是对我国来说，蒙脱土含量在80%以上的膨润土矿产极其稀少，借用国外的提纯加工技术，效果并不理想，达不到生产实践和工业应用的实际需求。为了将我国大部分中低品位的蒙脱土资源充分利用，同时为了获得纯度较高的蒙脱土，20世纪70年代国外采用研究成功的蒙脱土湿法提纯工艺来进行矿石提纯，该法可以通过多种复杂过程来实现，包括初步的粗选、分类、制浆、剥片、离心、重金属去除、絮凝、过滤、干燥、微波、粉碎等，通常可以控制得到95%以上的蒙脱土含量，湿法提纯产品质量好、性能稳定，适合各种工业应用。湿法提纯的工艺流程是将粒径小于5mm的矿石与原矿一起搅拌，制成浓度为25%的矿浆，并在水力分离器中进行分离，分离器的叶轮转速控制在1250r/min，搅拌时间为2min，以粗砂作为陶瓷原料和制砖黏结剂，流溢进一步离心分离，离心机转速控制为2000r/min，大约45%的蒙脱土被分离出来，在温度105℃的条件下高温烘干，产品粒径为5μm，膨胀倍数为20，几乎全部都是蒙脱土。此法的优点是产品纯度高，但由于耗水量大，脱水困难，生产成本高。另一种方法是将品味低的蒙脱土先制成矿浆，加入为蒙脱土重量5%的六偏磷酸钠溶液，充分混合后可多次沉淀、离心、净化、烘干，最终产品品位可达90%以上。但是矿浆不能和偏磷酸盐长时间混合，否则会导致矿浆黏度增加[48]。随着化工技术和提纯工艺的进步，中低品位膨润土的湿法提纯工艺不断得到改进，越来越多的天然膨润土得到充分的利用。虽然目前湿法提纯工艺成熟，应用领域广，但是想要达到更高更精细的提纯含量效果并不好，该法最多只能得到含量为95%的蒙脱土。因为膨润土矿物中还含有其他有害杂质，如伊利石、埃洛石等，普通的湿法提纯工艺很难将这些杂质清除掉。还有方英石和高岭石，分子超细，与蒙脱土的结构和密度十分相近，高速的离心提纯法无法分离这些杂质，因此可以通过化学提纯法，即将一些试剂与膨润土中的杂质进行混合反应，达到去除杂质的目的。研究表明，对于方英石含量小于10%的体系，使用NaOH、Na2CO3等强碱能较好地去除方英石[49]。蒙脱土素有“万能矿物”之称，主要原因是蒙脱土具有特殊的层状结构和一系列优异的性能，被广泛用于复合材料制备、冶金铸造业、钻探、石油化工业、轻工业和建筑业等24个行业领域，并且其应用范围不断扩大，已延伸到人们日常生活、环境保护和现代军事技术行业等方面。我国主要将蒙脱土用在铸造、钻井泥浆、铁矿球团3个方面，此外在纺织、印染、油脂脱色、石油净化、建筑材料、橡胶、食品、轻工、家禽饲料、聚合物增强材料等领域的研究和应用也正在不断扩大[50]。参考文献[1]任大磊.一种复合型太阳能电池背板的制备工艺研究[D].吉林大学,2018.[2]盖兆军.基于低碳经济的我国电力行业可持续发展研究[D].吉林大学,2015.[3]刘振亚.实现碳达峰、碳中和的根本途径[J].电力设备管理,2021(03):20-23.[4]MartinA.Green.Commercialprogressandchallengesforphotovoltaics[J].NatureEnergy,2016,1(1):28-31.[5]JiaweiZhang,DekunCao,SombelDiaham,etal.Researchonpotentialinduceddegradation(PID)ofpolymericbacksheetinPVmodulesaftersalt-mistexposure[J].SolarEnergy,2019,188.[6]杨文忠,徐冰,黄宏深,等.太阳能电池背板封装材料的发展状况[J].塑料制造,2012(08):77-80.[7]赵江英.晶硅太阳能电池片的再生循环技术研究[D].青海民族大学,2019.[8]范朝阳.高熔体强度PET的流变行为及其超临界CO2挤出发泡的研究[D].华东理工大学,2014.[9]张传吉,戴建民,成三弟,等.太阳能电池背板的现状和发展趋势[J].电力与能源,2012,33(02):177-180.[10]NamsuKim,HyunwooKang,Kyung-JunHwang,etal.StudyonthedegradationofdifferenttypesofbacksheetsusedinPVmoduleunderacceleratedconditions[J].SolarEnergyMaterialsandSolarCells,2014,120.[11]夏文进,唐邓,章博,等.太阳能电池背板用氟材料的应用研究[J].涂料工业,2014,44(12):55-60.[12]杨文忠,徐冰,黄宏深,等.太阳能电池封装背板的发展状况[J].广州化工,2012,40(20):18-20.[13]杨小进,罗鑫,刘东亮.光伏组件封装用背板概述及发展趋势[J].太阳能,2017(11):25-29.[14]范凌云,宋尚军,白耀宗,等.太阳能电池背膜发展现状[J].化工新型材料,2012,40(03):7-8+29.[15]晁晖.中国新能源发展战略研究[D].武汉大学,2015.[16]张力夫,韦永兰,陈贶,等.晶硅太阳能电池背板性能应用研究[J].有色冶金节能,2016,32(02):57-60+22.[17]闫笑炜.光伏含氟背板隐忧[J].能源,2017(05):36-41.[18]韩庆祥,张学建,龚毅钊,等.太阳能背板保护膜用水性氟碳涂层的应用研究[J].涂料技术与文摘,2014,35(10):9-13.[19]孟德发,唐超,郭瑞,等.太阳能电池背板的进展[J].化工新型材料,2014,42(01):7-9+39.[20]冯亚丽.涤纶织物化学镀银及银镀层防护研究[D].上海大学,2014.[21]郑阳.纳米蒙脱土原位共聚改性对苯二甲酸乙二醇酯[D].东华大学,2012.[22]胡峰.成核剂对PET结晶及力学性能影响的研究[D].湘潭大学,2017.[23]张昊宏,张昌鸣,相宏伟.超临界甲醇解聚聚对苯二甲酸丙二醇酯产物的分析[J].高分子材料科学与工程,2006(06):169-172.[24]郭林锋.PP/PET共混体系及其合金纤维的研究[D].东华大学,2007.[25]陈军.纳米成核剂对促进PET结晶作用及PET、PBT的阻燃研究[D].南京工业大学,2005.[26]GeorgeMakrides,MariosTheristis,JamesBratcher,etal.Five-yearperformanceandreliabilityanalysisofmonocrystallinephotovoltaicmoduleswithdifferentbacksheetmaterials[J].SolarEnergy,2018,171.[27]HuaLi,RyoeiKikuchi,MasanoriKumagai,etal.Nondestructiveestimationofstrengthdeteriorationinphotov