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B-吸蓝量,毫克当量/100克样;
K-换算系数,150。
可采厚度:
1~2m;
夹石剔除厚度:
≥1m。
矿石储量>
5000万吨的为大型矿床,中型矿床为500~5000万吨,<
500万吨的为小型矿床。
膨润土矿石的测试分基本性能测试和工艺性能测试。
基本性能测试项目包括:
吸蓝量、阳离子交换总量及分量、胶质价、膨胀容、PH值等。
工艺性能测试项目是按其用途确定的,常见的测试项目有:
机械制造湿压强度、干压强度、热湿拉强度、透气性;
冶金球团抗压强度、落下次数、爆裂温度、2小时和24小时吸水率;
钻井泥浆造浆率、失水率、粘度计读数、视粘度、塑性粘度、动切力、湿筛分析等;
石油化工脱色力、比表面积、游离酸、活性度、水分、粒度等。
具体指标见六、产品质量标准。
<
四、矿石性质<
1.矿石的矿物组成<
根据矿石的矿物组合及其结构构造,将膨润土矿石划分成为粘土状、粉砂状、砂状、角砾状等类型,见表1。
表1膨润土矿石的矿物组成<
矿石类型粘土状膨润土粉砂状膨润土砂状膨润土含“砾”膨润土角砾状膨润土<
颜色青灰色夹紫红色青灰色或砖红色砖红色青灰或砖红色杂色,以青灰色为主<
结构变余晶屑凝灰结构,变余沉凝灰结构变余凝灰结构,变余粉砂状沉凝灰结构变余凝灰结构粉砂-细砂结构变余沉火山角砾结构,变余火山角砾结构角砾沉凝灰结构<
组成主要:
蒙脱石,玻屑<
次要:
晶屑:
石英<
长石<
斜发沸石<
15~30%<
陆源碎屑<
20~25%主要:
蒙脱石<
岩屑:
硅质岩<
凝灰岩<
熔结凝<
灰岩<
安山岩<
霏细岩<
石英、斜长石、黑云母<
玻屑<
陆源碎屑:
粉砂、砂、泥主要:
蒙脱石、斜发沸石30~50%<
硅质岩、凝灰岩、安山岩5~20%<
10~20%<
黄铁矿、方解石主要:
蒙脱石火山岩角砾<
砾石-硅质岩<
斜发沸石<
10%,石英,火山岩,“砾”少量主要:
玻屑<
熔结凝灰岩<
凝灰岩<
斜发沸石少量<
陆源碎屑>
10%<
2.目的矿物的矿物特征<
膨润土矿的目的矿物蒙脱石是一种含水的层状铝硅酸矿物。
晶体结构特点是二层硅氧四面体晶片与其间的铝氧八面体晶片相结合形成晶层,构成2:
1型结构。
晶层具有水分子和可交换性阳离子,见图1。
八面体空隙中的阳离子为Al3+离子,剩下两个空位,为二八面体型。
蒙脱石晶体化学特点是类质同象种类多,使之化学成分复杂,变化大。
八面体空隙中的Al3+常被低价的Mg2+、Fe2+置换;
四面体空隙中的Si4+被Al3+置换,由于低价阳离子替代高价阳离子,使结构层产生多余的负电价。
为了保持电中性,在结构层之间,除水分子外,存在较大半径的阳离子Na1+、Ca2+、Mg2+等。
这些阳离子是可交换的,使蒙脱石族矿物具有离子交换性、吸水性、膨胀性、触变性、粘结性、吸附性等一系列很有价值的特性。
(图1待扫描)<
图1蒙脱石的晶体结构<
五、工艺特性及主要用途<
由蒙脱石的晶体化学和晶体结构决定了膨润土具有以下工艺特性,这些特性使膨润土在24个领域100多个部门得到了应用。
1.1.工艺特性<
阳离子交换性在蒙脱石晶层中的阳离子具有可交换性能,在一定的物理—化学条件下,不仅Ca2+、Mg2+、Na1+、K1+等可相互交换,而且H+、多核金属阳离子(如羟基铝十三聚体)、有机阳离子(如二甲基双十八烷基氯化铵)也可交换晶层间的阳离子。
阳离子交换性是膨润土的重要工艺特性,利用这一特性,进行膨润土的改型,由钙基膨润土改型为钠基膨润土;
制取活性白土、锂基膨润土、有机膨润土、柱撑蒙脱石等产品。
测定膨润土矿阳离子交换容量和交换性阳离子,是判断膨润土矿质量和划分膨润土矿属型的主要依据。
阳离子交换容量是指PH值为7的条件下所吸附的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子总量,单位为mmol/100g土。
阳离子交换容量的英文名称为CationExchangeCapacity,简称为CEC。
膨润土的CEC值愈大表示其带负电量愈大,其水化、膨胀和分散能力愈强;
反之,其水化、膨胀和分散能力愈差。
目前测定CEC的方法分为两大类:
一类是定氮蒸镏法,另一类是氯化钡-硫酸法。
吸水性膨润土能吸附8~15倍于本体积的水量,吸水后体积膨胀,体积能膨胀增大几倍到十几倍。
以吸水率和吸水比表示膨润土的吸水性。
单位重量的膨润土所能吸附水的重量称为吸水率,以百分数表示。
在初始阶段,它随时间的增长而增长,最后达到饱和。
前十分钟的吸水量和二小时的吸水量的百分比称为吸水比。
膨润土的膨胀性能以膨胀容表示,膨润土在稀盐酸溶液中膨胀后的容积称为膨胀容,以毫升/克样表示。
钠基膨润土比钙基、酸性膨润土的膨胀容高;
同一属型的膨润土,含蒙脱石愈多,膨胀容愈高。
膨胀容是鉴定膨润土矿石属型和估价膨润土质量的技术指标之一。
吸附脱色性膨润土对各种气体、液体、有机物质具有一定的吸附能力,最大吸附量可达5倍于它的重量,尤其是酸性膨润土和经酸处理活化的活性白土对各种油类具有良好的脱色性能。
以往是以脱色率和脱色力表征膨润土的吸附脱色能力,目前趋于以脱色力和比表面积来表征。
在相同的测试条件下,在脱色效果相同的情况下,标准土用样量与试样用样量之比,乘以标准土的脱色力值即为试样的脱色力。
以下式表示:
T=T0&
W1/W2<
式中T—试样的脱色力;
T0–-标准土的脱色力;
W1—与试样消光量相等时的标准土重量(克);
W2—试样重量(克)。
采用一定量的膨润土对煤油沥青溶液脱色,脱色前后溶液的消光值之差与脱色前溶液的消光值之比称为脱色率,以百分数表示。
即:
A=(E0-E2)/E0&
100<
式中A—脱色率(%);
E0–煤油沥青标准溶液的消光值;
E2—脱色后煤油沥青溶液的消光值。
1克固体所具有的总面积为比表面。
测定固体比表面的常用方法有BET(Brunauer—Emmett—Teller三人)法、电子显微镜法和气相色谱法。
胶质价膨润土在水介质中能分散呈胶体悬浮液,这种悬浮液具有一定的粘滞性、触变性和润滑性,以胶质价表征这些性能。
膨润土与水按比例混合后,加适量氧化镁,静置24小时后形成的凝胶层体积称为胶质价。
以15克样形成的凝胶体体积的毫升数表示。
胶质价是评价膨润土形成胶体体系及其稳定性的一种指标,是分散性、亲水性和膨润性的综合表现。
钠基膨润土比钙基、酸性膨润土的胶质价高;
同一属型的膨润土,含蒙脱石愈多,胶质价愈高。
粘结性和可塑性膨润土和水、泥或砂等的掺合物有粘结性和可塑性,一般以湿态抗压强度(湿压强度)、热湿拉强度表示。
湿压强度是评价膨润土的湿态粘结能力。
将膨润土与标准砂(内蒙通辽县大林型砂厂产)和水按一定比例混碾,形成粘土膜将砂粒包裹,制成标准试样,测单位面积上所能承受的极限载荷,单位为kg/cm2。
将膨润土与标准砂和水按比例混碾后,制成标准试件,在试件一端加热,使之形成一定厚度的干砂层及其后的水分凝聚区,然后加载拉力负荷,测定试件在水分凝聚区的抗拉强度,为热湿拉强度,以kg/cm2表示。
热湿拉强度是铸造工业评价膨润土质量的重要技术指标。
造浆性能膨润土的主要用途之一是用作钻井液材料。
衡量膨润土的造浆性能的主要指标之一是造浆率,即单位重量的膨润土可以配制成具有表观粘度为15mPa&
#8226;
s的悬浮液体积数(单位为m3/t)。
2.2.主要用途<
由于膨润土具有上述工艺特性,使其作为粘结剂、吸附剂、催化剂、增稠剂、触变剂、脱色剂等广泛应用于冶金球团、铸造、钻井、化工、食品等24个领域100多个部门,见表2。
但其主要消费领域是铸造型砂、铁矿球团、钻井泥浆,消费量约占世界总产量的75%。
我国膨润土主要应用领域的消耗量为:
铸造用膨润土90.41万吨(占73.5%),钻井泥浆8.61万吨(占7%),石油化工(包括脱色)用膨润土7.75万吨(占6.3%),铁矿球团用膨润土3.69万吨(占3%),轻工建材、农药和印染等10.1万吨(占8.2%)。
表2膨润土的主要用途<
应用领域主要用途适用膨润土种类<
铸造型砂粘结剂钠基或钙、镁基土<
水化型砂的粘结剂,表面稳定剂有机膨润土、锂基土<
冶金铁精矿球团粘结剂钠基土为主<
钻井泥浆配制具有高流变和触变性能的钻井泥浆悬浮液<
钻机解卡剂钠、钙、镁基土<
有机膨润土<
食品动植物油的脱色和净化<
葡萄酒和果汁的澄清,啤酒的稳定处理,糖化处理,糖汁净化漂白土<
钙、镁基膨润土<
石油石油、油脂、石腊、石蜡油(煤油的精炼)脱色和净化<
石油裂化的催化剂载体漂白土<
制备焦油-水的乳化液钠基土(活化的或天然的)<
沥青表层的稳定剂<
润滑油(油脂)的稠化剂有机膨润土<
农业土壤改良剂<
混合肥料的添加剂<
动物饲料的添加料,粘合剂,提高饲料利用率<
家禽产肉、蛋率、动物圈垫土(去味消毒)钙基膨润土最好,其他膨润土也可用<
纺织印染填充、漂白<
抗静电涂层<
代替淀粉上浆及做印花糊料漂白土<
钠基土(活化或天然的)<
化工催化剂、杀虫剂、农药和杀菌剂的载体<
橡胶和塑料的填料<
干燥剂、过滤剂、洗涤剂、香皂、牙膏等日用化工用品的添加剂<
颜料、原浆涂料的触变和和增稠,在合成树脂及铁、铅、锌等系列颜料的油漆中防尘沉降助剂漂白土<
钠基土(活化或天然)<
锂基、镁基膨润土<
防油墨沉降助剂有机膨润土<
水净化和污水处理处理工业废水(液)<
游泳池水的净化<
食品工业废料处理<
放射性废物的吸附剂漂白土<
钠基膨润土(活化或天然)<
民用及建筑泥浆槽的悬浮液、土的稳定剂、打夯的润滑剂、混凝土的增塑剂和添加剂<
水泥混合材料<
水池防渗漏各种膨润土<
造纸复写纸的染色剂、颜料填料漂白土、钙、镁基膨润土<
陶瓷工业陶瓷原料的增塑剂(提高陶瓷坯体的抗压强度)<
制造釉料及搪瓷各种膨润土<
医药、化妆品药物的吸着剂和药膏、药丸的粘结剂、化妆品的底料镁、钙、锂、钠基土<
机械工业高温润滑剂有机膨润土<
六、产品质量标准<
1.有用元素及主要伴生元素对原料的影响<
膨润土是以蒙脱石为主的粘土矿,蒙脱石类质同象发育,低价阳离子置换高价阳离子,使结构层产生多余的负电荷,晶层间可交换阳离子补偿了多余的负电荷,保持电中性。
由于上述原因,蒙脱石化学成分变化大,见表3。
表3101个蒙脱石样品的化学成分和结构式统计数据<
成分平均值<
(wt%)变化范围<
(wt%)晶体结构位置平均值变化范围<
SiO259.48851.20~65.00八面体Al3+1.4921.10~2.00<
Al2O321.93415.20~34.00Fe3+0.1870.00~0.68<
Fe2O33.7700.00~13.61Fe2+0.0070.00~0.09<
FeO0.1970.00~1.61Mg2+0.3540.01~0.71<
MgO3.5480.09~7.38四面体Al3+0.1580.00~0.66<
CaO1.1760.00~4.23Si4+3.8373.34~4.00<
Na2O0.8240.00~3.74层间Ca2+0.0070.00~0.49<
K2O0.3420.00~1.82Na+0.0100.00~0.52<
TiO20.2500.00~2.90K+0.0040.00~0.16<
H2O+8.3805.21~13.75<
蒙脱石的负电荷主要来自Mg2+对八面体中Al3+的置换。
除Mg2+以外,还有少量Fe2+或Fe3+置换Al3+。
四面体中有少量Al3+置换Si4+。
按八面体中含Mg的多少,将蒙脱石分为两类:
Cheto型含量高,晶层电荷较高;
Wyamin型,含Mg少,晶层电苛较低。
晶层电荷高,阳离子交换量大。
晶层间可交换阳离子以Na+为主的钠基膨润土的各种工艺性能优于以Ca2+为主的钙基膨润土。
如果晶层间的阳离子以Li+为主,则为锂基膨润土。
除蒙脱石本身的化学成分外,膨润土矿石中与蒙脱石伴生的各种矿物,如石英、玻屑、沸石、方解石、长石、黄铁矿等,对膨润土矿的化学成分以及工艺性能影响较大。
表4给出了我国部分膨润土矿的化学成分。
膨润土矿的工业应用主要取决于蒙脱石的工艺性能,而蒙脱石的各种工艺性能又取决于其晶体结构、构造、化学组成、晶体化学性质等。
与蒙脱石伴生的各种非目的矿物,劣化了矿石的工艺性能。
要提高膨润土矿的利用价值,必须强化矿石的工艺性能。
强化矿石中的工艺性能主要手段有二个:
一是提纯,提高矿石中蒙脱石的质量分数;
二是改型、改性,以强化某些所需要的工艺性能。
表4我国部分膨润土矿的化学成分,%<
产地SiO2Al2O3Fe2O3TiO2MgOCaOK2ONa2O烧灼<
辽宁省黑山矿十里岗子73.0616.171.630.162.722.010.410.394.81<
辽宁省黑山矿下湾子(深部)71.3914.411.711.521.200.441.985.25<
浙江省临安矿平山70.9415.261.380.052.261.651.512.004.57<
浙江省临安矿兰巾65.1418.563.010.523.092.840.881.584.66<
浙江省仇山矿(钠基土)68.0115.43.943.02.50末测末测5.9<
浙江省仇山矿(钙基土)70.6617.582.590.242.542.040.860.304.47<
四川省三台矿57.6416.241.600.023.921.990.510.4017.76<
河北省张家口化工厂61.1420.113.100.623.312.421.632.115.19<
河北省宣化县化工厂68.1813.031.240.255.073.890.440.786.78<
河南信阳矿五图店72.0215.761.440.213.272.190.380.225.91<
甘肃省酒泉矿大草滩62.5018.615.371.861.352.381.256.31<
湖北省襄阳矿厂50.1416.176.840.886.244.731.840.1911.56<
四川省渠县膨润土厂60.4720.212.763.83.31.30.48.25<
吉林省双阳矿五家子71.5814.562.950.372.722.300.250.374.58<
福建省连城矿朋口65.9220.721.700.312.660.141.140.326.7<
1、1、产品质量标准<
不同的应用领域对膨润土的技术指标要求也不同。
目前我国在膨润土应用的几个主要方面,如铸造型砂、冶金球团、钻井泥浆、活性白土等缺少国家标准,有关工业部门和企业参照国外同类产品的质量标准制定了部颁标准和企业标准。
以下列出了几个主要应用领域的产品质量标准。
见表5~表10。
表5国内外钻井泥浆用膨润土质量标准<
项目地矿部石油部国外备注<
甲级乙级丙级一类二类A.P.I①O.C.M.A②<
1973年1979年<
造浆率,m3/t>
1610~166~10≥1610~1516<
粘度计读数<
(600r/min)≥30<
(22.5g±
/<
350ml水)<
视粘度Pa&
s1.5粘度1.0~2.5<
塑性粘度cP&
s3.0<
(21g±
动切力<
15&
塑性粘度<
(达因/cm2)3&
塑<
性粘度<
(ib/100ft2)<
失水量<
ml/30min<
13.513.5~2020~25(7个大气压)≤1515~20<
(6.4g±
/100ml水)<
14(25g±
/350ml水)<
13.5(22.5g±
15(26.4g±
水分,%<
10<
15<
12<
湿筛分析,%<
2.5(4)<
2.5<
4<
2.5200目筛余<
干筛分析,%>
95>
98100目通过<
注:
①A.P.I—美国石油学会。
②O.C.M.A—美国石油公司材料学会。
表6-1有机膨润土企业标准(天津有机陶土厂)<
产品牌号颜色水份,%细度,目失重,%动力粘度,&
0.001Pa&
s微针入度用途<
4602灰白320038~41150<
90油漆、钻井<
4603A白320035~41300<
85润滑脂<
4603B淡黄320035~41300<
4604A灰白320033~38300<
85油漆、油墨及钻井、铸造<
4604B灰白320033~38500<
75同上<
4604C灰白320033~381000<
70同上<
4605A淡黄320035~40500<
4605B淡黄320035~401000<
4606B灰白,淡黄320035~4050<
120钻井<
表6-2有机膨润土钻井用产品的流变参数<
产品牌号表观粘度<
&
s塑性粘度<
s屈服值测定温度,°
C<
46041582060<
46051582060<
表6-3钻井液用有机土质量指标(SY/ZQ003-89)<
项目指标<
细度(100目)通过量100<
水分(%)≤3.0<
胶体率(%)≥95<
塑性粘度(MPa&
s)≥6<
表观粘度(MPa&
s)≥7<
动切力(Pa)≥1<
滤失量(ml)≤45<
表6-4用于油漆油墨、润滑脂的有机土质量指标<
产品名称水分(%)细度(μm)失重(%)粘度(MPa&
s)<
Bentone-34(坏俄明土)<
美国RHEOX公司<
5-7430-15>
1000<
Claytone-40(怀俄明土)<
美国南方粘土公司<
800<
BT-881(浙江临安)≤3.0-74≥1000<
BS-IA≤3.01-10>
BS-IB(浙江安吉)≤3.01-10>
1500<
BS-4≤3.01-20≥3000<
HG/T2248-91(化工行业标准)≤3.5-76≤40.0≥900<
SD-27(浙江安吉)<
55-30胶体率>
95%<
表7-1化工行业标准HG/T-2569-94(活性白土)<
项目Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类<
H型T型<
脱色率%,≥70859090<
活性度(mmol/100g),≥220140100-<
游离酸(以H2SO4计),≤0.20.50.2<
水份%,≤8.010.012.012.0<
粒度(-75μm)%,≥909595<
表7-2浙江省活性白土企业标准<
指标名称CS-1020企标CS-1040企标<
脱色力≥100≥150<
活性度≥190≥180<
游离酸,%≤0.2≤0.2<
水分,%≤12≤11<
细度(200目)%≥93≥95<
表7-3兰州炼油化工总厂用活性白土指标<
项目质量指标<
1类2类3类<
H型T型一等合格一等合格<
脱色率%,≥>
6085-7590809080<
活性度(
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