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天然鈣基膨潤土在諸多方面無法滿足多種用途的要求
來源:www.amitysky.com 發(fā)布時(shí)間:2022年12月22日
天然膨潤土根據(jù)化學(xué)成分可分為:鈉基膨潤土和鈣基膨潤土。一般情況下,鈉基膨潤土比鈣基膨潤土的理化性能和工藝性質(zhì)更好,主要體現(xiàn)在吸水速度慢、吸水率和膨脹倍數(shù)大;陽離子交換量高;在水介質(zhì)中分散性好,膠質(zhì)價(jià)高;加熱穩(wěn)定性好等。因而使得鈉基膨潤土的使用價(jià)值高,并且能夠滿足多種用途的要求。在以前,我國已經(jīng)探明的90%儲(chǔ)量是鈣基土,鈉基土一般在礦山的較深層,仍需詳細(xì)勘探。
而天然鈣基膨潤土在諸多方面無法滿足多種用途的要求,但是經(jīng)過酸堿處理即可提高某些性能(如粘結(jié)性、膨脹性、懸浮性、抗剪性、抗壓性等),成為人工或改性的鈉基膨潤土,可與天然鈉基膨潤土一樣滿足多種用途的要求。鈣基膨潤土的酸堿處理工藝簡單,采用的是濕法,需一定設(shè)備、動(dòng)力外加劑,才可使膨潤土改型。
一般天然膨潤土鈉化的方法有懸液法、堆場(chǎng)鈉化法(即陳化法)和擠壓法。
(1)懸液法
在配制膨潤土泥漿時(shí),向水中加入鈣基土和純堿,長時(shí)間預(yù)水化,使更多的ca2+和Mg2+被置換出來。
(2)堆場(chǎng)鈉化法
在原礦堆場(chǎng)中,將2-4%的Na2CO3粉放在含水量大于30%的膨潤土原礦中,攪拌均勻,碾壓、老化10分鐘,干燥粉碎成鈉基膨潤土。
(3)擠壓法
利用剪切應(yīng)力,使聚結(jié)的顆粒分開,甚至推開晶層、增加鈣蒙脫石的比表面積,加速Na+交換Ca2+。在擠壓過程中,一部分將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?,使膨潤土的溫度升高,促進(jìn)Na,Ca2+交換過程。擠壓還可使蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)遭到破壞,產(chǎn)生斷鍵。暴露出來的硅離子、鋁離子、氧離子吸附水,有利于蒙脫石水化。斷鍵同時(shí)增加了原土顆粒表面的負(fù)電荷,使鈉化較為完全。
外加Na2CO3的量必須大于Ca2+、Mg2+等的濃度,才能使鈣基膨潤土完全鈉化。但是Na+的濃度過大時(shí),將增加濾失量和降低粘度。李蘇璋、周運(yùn)臣研究開發(fā)出使用造成膨潤土蒙脫石的物化性能、水體系性能和化工技術(shù)路線的方法,使膨潤土固體內(nèi)發(fā)生快速離子交換反應(yīng),直接把天然鈣基膨潤土改型成鈉基膨潤土。
人工鈉化處理的膨潤土目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。較經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可行的鈣基膨潤土改性處理方法是在使用時(shí),根據(jù)礦物成分加入2-5%的Na2CO3,這在60年代初我國在沉井、沉箱減阻下沉及70年代的長距離頂管工程中已得到成功的應(yīng)用。鉆井、地下連續(xù)墻護(hù)壁泥漿用得更多,但不能作防滲用。
而天然鈣基膨潤土在諸多方面無法滿足多種用途的要求,但是經(jīng)過酸堿處理即可提高某些性能(如粘結(jié)性、膨脹性、懸浮性、抗剪性、抗壓性等),成為人工或改性的鈉基膨潤土,可與天然鈉基膨潤土一樣滿足多種用途的要求。鈣基膨潤土的酸堿處理工藝簡單,采用的是濕法,需一定設(shè)備、動(dòng)力外加劑,才可使膨潤土改型。
一般天然膨潤土鈉化的方法有懸液法、堆場(chǎng)鈉化法(即陳化法)和擠壓法。
(1)懸液法
在配制膨潤土泥漿時(shí),向水中加入鈣基土和純堿,長時(shí)間預(yù)水化,使更多的ca2+和Mg2+被置換出來。
(2)堆場(chǎng)鈉化法
在原礦堆場(chǎng)中,將2-4%的Na2CO3粉放在含水量大于30%的膨潤土原礦中,攪拌均勻,碾壓、老化10分鐘,干燥粉碎成鈉基膨潤土。
利用剪切應(yīng)力,使聚結(jié)的顆粒分開,甚至推開晶層、增加鈣蒙脫石的比表面積,加速Na+交換Ca2+。在擠壓過程中,一部分將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?,使膨潤土的溫度升高,促進(jìn)Na,Ca2+交換過程。擠壓還可使蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)遭到破壞,產(chǎn)生斷鍵。暴露出來的硅離子、鋁離子、氧離子吸附水,有利于蒙脫石水化。斷鍵同時(shí)增加了原土顆粒表面的負(fù)電荷,使鈉化較為完全。
外加Na2CO3的量必須大于Ca2+、Mg2+等的濃度,才能使鈣基膨潤土完全鈉化。但是Na+的濃度過大時(shí),將增加濾失量和降低粘度。李蘇璋、周運(yùn)臣研究開發(fā)出使用造成膨潤土蒙脫石的物化性能、水體系性能和化工技術(shù)路線的方法,使膨潤土固體內(nèi)發(fā)生快速離子交換反應(yīng),直接把天然鈣基膨潤土改型成鈉基膨潤土。
人工鈉化處理的膨潤土目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。較經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可行的鈣基膨潤土改性處理方法是在使用時(shí),根據(jù)礦物成分加入2-5%的Na2CO3,這在60年代初我國在沉井、沉箱減阻下沉及70年代的長距離頂管工程中已得到成功的應(yīng)用。鉆井、地下連續(xù)墻護(hù)壁泥漿用得更多,但不能作防滲用。
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