膨润土是一种以蒙脱石为主的粘土。天然膨润土一般多为钙基膨润土,其物化性质不甚理想,如将其加工成钠基膨润土、提纯膨润土、颗粒膨润土、有机膨润土、活性白土(颗粒白土)、无机凝胶等膨润土深加工产品,可广泛用于石油化工、油脂、医药、建筑、日化、纺织、涂料、冶金、环保等各领域中。
概况及应用
膨润土在我国产地很多,如内蒙古、辽宁、黑龙江、吉林、河北、河南、浙江、湖北、新疆、山西、江西等地都有产出,具有良好的物理化学性能,可做粘结剂、悬浮剂、触变剂、稳定剂、净化脱色剂、充填料、饲料、催化剂等,广泛用于冶金、石油、铸造、食品、化工、环保及其他工业部门,详见表1。
由于天然膨润土一般品位低,如用于高档商品必须提纯,提纯膨润土应运而生。提纯膨润土仍在膨润土的范畴,可以有3个阶段:
(1)改善的膨润土。可解决初级加工不能满足使用的问题,这个范围大,用量也大。提纯给膨润土的应用增加了操作弹性,尤其适合低品位矿的应用。
(2)高纯度膨润土。但受几项指标限制,未能达到蒙脱石全项标准,也可叫缺陷蒙脱石。可应用在一些不受限的领域,如允许在重金属、方英石、元素比、颜色等方面的单项偏差。更多强调应用性,如非儿童涂料、铸管脱模剂等。
(3)直接衔接蒙脱石领域。直接按蒙脱石标准制作,也就是本身就是蒙脱石。质量随蒙脱石行业的要求改变提升。
提纯技术及深加工
由于蒙脱石的成因不同、膨润土中的蒙脱石含量不同、杂质种类和数量不同、有害成分不同,为了获得纯度更高、品质更佳的蒙脱石,需要对膨润土进行提纯。也正是因为各种膨润土性能及杂质种类的差异,使得其提纯技术具有独特性和不可复制性,也就是说,不同膨润土矿只有用不同的提纯工艺和方法才可能达到最佳的品质。
目前的提纯方法主要是以水为介质的湿法提纯,是膨润土工业采用最广泛的方法。因膨润土品种类型不一,提纯工艺也不可能固定,要考虑以下因素:膨润土中杂质的种类、杂质的粒径;产品的用途及对纯度要求;提纯工艺的成本。能提纯则提纯,不能提纯就另想办法(换矿和改变工艺)。多种提纯方法组合也许是今后的方向,多次分离,多种纯度,多种用途,合理综合使用。
在实际生产中,为了使杂质和膨润土颗粒快速分离,往往在浆液中添加合适的分散剂,添加分散剂的产品在应用上是有限制的。根据产品需要的,提纯技术工艺可以兼有水洗、分离、提纯、去杂、增白、降粘等单元,还要兼顾白度、亮度、片径等要求。工业提纯技术有时候并不需要纯粹意义上的提纯,只是想解决其中一部分问题,解决原矿山品位的不足和缺陷,或产品性能的不足和缺陷,达到目的即可。
随着科学技术和现代工业的发展,人们对膨润土性能的要求越来越高。提纯膨润土并不能完全满足应用需要,在一定程度上讲,提纯膨润土还是中间品,还需一定改性,需要深加工。
改性后的提纯膨润土具有普通提纯膨润土不具备的性能。钠化、活化、交联、插层、柱撑、烧结、介孔等都属于提纯膨润土的深加工范畴。深度提纯、深度改性也是深加工将来的一种发展方向和行业要求。
重点产品
1.无机凝胶(硅酸镁铝)
选用提纯膨润土为原料,经物理和化学改性,可制得一种高纯、超分散性、高粘稠度的纳米层状硅酸镁铝增稠流变剂产品,对物体(如涂料)的增稠、稳定及流变性能起着多方面的改进调节作用。
硅酸镁铝在水中分散后吸水膨胀能力强,形成“卡片宫”结构的胶体,粒度细小且分布均匀,具有粘度高、悬浮性好、触变性优异等特点,胶体性能卓越,在涂料体系中可以起到增加粘度、提高悬浮性、调节流变性等作用,改善储存稳定性和施工性能,满足涂料生产施工过程中不同阶段对流变性的要求。它不仅使水性涂料产品质量大大提高,大幅度降低涂料中有机增稠剂的用量,也可以使挥发性有机物的含量降低,从而对环境的保护起到积极作用,是真正的绿色环保型化工原料。
硅酸镁铝产品特点:
(1)优良的增稠性能,调节体系粘度
产品低剪切粘度高,能提高体系的储存稳定性;产品具有适宜的中剪切粘度,提供最佳的施工性能,方便配料,防止飞溅增稠性能良好,在同等的粘度时,呈现出比有机胶更好的悬浮效率,尤其在低浓度时这是特别有用的。
(2)优异的触变性能,控制施工性,提供流挂/流平平衡
产品水化后形成剪切变稀的假塑性胶体,高剪切力低粘度,低剪切力高粘度,满足涂料生产施工过程中不同阶段对流变性的要求。施工时,在滚涂和刷涂的高剪切力下粘度下降而不费力,改进水性涂料的涂刷性能。施工后保证粘度在短时间之后恢复,利于流平,防止流挂。沾漆时不滴落,滚涂不飞溅,又能延迟涂膜失水速度,使一次涂刷面积较大。
(3)高悬浮性能,提高储存稳定性
产品悬浮性好,能使体系中各组分有效地悬浮,不会形成胶冻状的不可逆凝胶,保证体系的均匀性,防沉效果好,无分层和析水现象。
(4)良好的稳定性能,提高相容性及配伍性,稳定体系
产品具有良好的热稳定性和生物稳定性,不会由于加热、细菌、紫外线或过度的机械剪切而分解,在不同温度下粘度稳定,抗腐抗霉变性优越,耐候性好。与酸、碱、盐、大多数有机阴离子及非离子胶体,或与水相混溶的溶剂相容性好,pH适用范围广,通常可在pH值4~12的体系中使用,其pH值的稳定性还可进一步用像黄原胶这样的保护性胶质来延续。添加少量酸、碱、盐不会变稀或絮凝,胶体稳定性好,可以稳定乳液和悬浮液,保持体系的稳定性。
2.日化用产品
选用提纯膨润土为原料,可制得酒类澄清剂、淀粉改性剂、牙膏用增稠剂(触变剂)、液固体洗涤添加剂、化妆品添加剂等。
3.铸造高温脱模剂
主要用于铸管用脱模剂。
4.活性白土(颗粒白土)
新的环保政策下,原有的活性白土生产工艺已不适应需要,先提纯再活化(无酸渣)工艺正走进提纯膨润土的范畴。活性白土是用膨润土为原料,经活化处理,再经水漂洗、干燥制成的吸附剂,外观为乳白色粉末,无臭,无味,无毒,吸附性能很强,能吸附有色物质及有机物质。在空气中易吸潮,放置过久会降低吸附性能。但是,加热至300℃以上便开始失去结晶水,使结构发生变化,影响褪色效果。活性白土不溶于水、有机溶剂和各种油类中,几乎完全溶于热烧碱和盐酸中,相对密度2.3~2.5,在水及油中膨润极小,广泛用于矿物油、动植物油脂、制蜡及有机液体的脱色精制,还可用作水分干燥剂、内服药物碱解毒剂、食用油脱色剂、维生素A(B)吸附剂、无碳复写纸显色剂、润滑油重合接触剂、汽油气相精制剂等,亦可用作中温聚合催化剂、高温聚合剂和颗粒白土的原料。
颗粒白土是以活性白土为主要原料经化学处理而成的,外观为不定型小颗粒状,它比活性白土有更高的比表面积,具有很高的吸附能力,广泛用于石化行业芳烃提纯、航空煤油精炼,也用于润滑油、基础油、柴油等油品的精制,脱除油品中残余的烯烃、胶质、沥青、碱性氮化物等杂质。
5.蒙脱石纳米抗菌粉体和蒙脱石纳米材料
制备纳米级蒙脱石的蒙脱石含量应大于98%。98%的蒙脱石可用于柱撑蒙脱石、金属改性蒙脱石、交联蒙脱石、速溶蒙脱石、纳米有机蒙脱石等制备。
蒙脱石抗菌粉体是利用蒙脱石的离子交换能力,将具有杀菌能力的抗菌成分Ag、Cu、Zn等离子植入钠基蒙脱石晶格制成粉体,蒙脱石抗菌粉体可广泛应用于环境、公用设施与日用品的消毒和抗菌处理。
纳米有机蒙脱石可用于尼龙、聚酯、聚烯烃(乙烯、丙烯、苯乙烯、氯乙烯)、环氧树脂和橡胶的纳米改性。Nanocor公司纳米蒙脱土/聚合物母料(masterbatches)产品和北京尚科诚纳米科技有限公司采用“纳米内交联”原始创新技术的聚氨酯小轮胎都呈现出纳米效应。
6.医药用蒙脱石
深度提纯膨润土可以达到药用标准。目前我国蒙脱石药典标准为WS1-(X-165)-2004Z-2015,严格规定了杂质的含量,确保砷、汞、方英石等杂质不超标。
蒙脱石除用于蒙脱石散,还用于药用辅料,如药物的吸着剂、载体、缓释剂(如对氟脲嘧啶的控释)和药膏药丸的粘结剂及软膏基质。现代医学证明,在中西药物中加入蒙脱石后,可增强有效物质的稳定性。