膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产,蒙脱石结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2:1型晶体结构,由于蒙脱石晶胞形成的层状结构存在某些阳离子,如Cu、Mg、Na、K等,且这些阳离子与蒙脱石晶胞的作用很不稳定,易被其它阳离子交换,故具有较好的离子交换性。国外已在工农业生产24个领域100多个部门中应用,有300多个产品,因而人们称之为“土”。形成了一种桥联作用,减少
顶管泥浆膨润土
膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产,蒙脱石结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2:1型晶体结构,由于蒙脱石晶胞形成的层状结构存在某些阳离子,如Cu、Mg、Na、K等,且这些阳离子与蒙脱石晶胞的作用很不稳定,易被其它阳离子交换,故具有较好的离子交换性。国外已在工农业生产24个领域100多个部门中应用,有300多个产品,因而人们称之为“土”。形成了一种桥联作用,减少了泥浆中的自由水,改变了泥浆的性能参数,达到降低滤失率的目的。
膨润土吸附可以分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三种类型。
l)物理吸附。物理吸附是靠吸附剂与吸附质之间分子间引力产生的,即我们常说的范德华力产生的。物理吸附是一种可逆的吸附过程,吸附速度与脱附速度在一定条件下呈动态平衡。产生物理吸附的主要原因是膨润土表面分子其有表面能。膨润土广泛应用于钻井业,海边钻井等工程需要抗盐膨润土来保证顺利进行。由于膨润土在水中高度分散,物理吸附现象十分明显。
2)化学吸附。化学吸附是靠吸附剂与吸附质之间的化学键力而产生的,化学吸附作用一般不可逆。在钻井泥浆中应用化学处理剂就是化学吸附作用的典型例子,如铁铬木质素磺酸盐加入到膨润土泥浆中就是利用铬离子在膨润土晶体的边缘上发生整合吸附。这种化学吸附作用明显比物理吸附作用要稳定。造浆抗盐膨润土滤失量小于14ml,在海水、高矿化度水质条件下可形成稳定的高悬浮性泥浆体系,形成低渗透、柔韧、薄而致密的良好滤饼层,从而有利于稳定井壁、抑制泥浆流失。因此用铁铬木质素磺酸盐处理的膨润土泥浆具有较高的抗温能力,可作为地热和超深井的抗高温泥浆体系。
3)离子交换吸附。膨润土矿物晶体一般带负电荷,因此在膨润土颗粒表面要吸附等当量的相反电荷的阳离子。吸附的阳离子可以和溶液中的阳离子发生交换作用,这种作用称为离子交换吸附。离子交换吸附的特点是:同号离子相互交换,等电量相互交换。它是将粒径为40-200目有机膨润土与有机废水混合,其固-液质量比为1∶500-1∶5000,然后流入一个微波反应器中,施加200-5000W的微波功率辐照10s-30min进行脱色与净化处理,再进行固-液两相分离,废水得到净化处理后排放。离子交换吸附的反应是可逆的,吸附和脱附的速度受离子浓度的影响,这种影响符合质量作用定律。
铁矿球团用膨润土的技术 我国是铁矿石的消费大国,近年的年需求量在7亿t以上(2008年需求量约7.5亿t,2009年需求量约8.8亿t),其中约80%为粉矿,必须经过造球后才能供高炉使用,膨润土是造球的粘结剂。 膨润土作为球团粘结剂,对冶炼过程会产生积极和消极两方面影响,一方面它把粉矿粘结成球团,并达到一定强度,满足冶炼要求;另一方面它的添加会导致球团铁 品位降低,冶炼渣增加,影响炉容,增加热耗,增加成本等。因此在满足球团强度的前提下,要尽量降低膨润土添加量,为此对膨润土的粘结性能提出技术需求。 目前,我国球团矿中的膨润土添加量约为2%~3%,国外水平的添加量约为0.5%,从节约资源和节约能源考虑,应该进一步提高膨润土的粘结性能,降低球团矿中膨润土的用量。但是,加热至300摄氏度以上便开始失去结晶水,使结构发生变化,影响褪色效果。
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、农业药和印染等10.1万吨(占8.2%)。吸附剂:膨润土的主要成分蒙脱石具有层纹状结构及非均匀性电性分布,对消化道内的一些病毒、病菌及***产生较强的选择性吸附作用。
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