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造纸、塑料、橡胶、涂料、陶瓷等相关工业部门产品产

时间:2019-12-13 查看:75
内容摘要:进人21世纪以来,伴随造纸、塑料、橡胶、涂料、陶瓷等相关工业部门产品产量的迅速增长和产 品质量耍求的提高,中国内地非金属矿物超细粉体的产量以年均10%以上的速度增长,2006年各种超 细粉体的总产量已超过500 xl04t。在强劲市场需求的拉动下,非金属矿物超...
进人21世纪以来,伴随造纸、塑料、橡胶、涂料、陶瓷等相关工业部门产品产量的迅速增长和产 品质量耍求的提高,中国内地非金属矿物超细粉体的产量以年均10%以上的速度增长,2006年各种超 细粉体的总产量已超过500 xl04t。在强劲市场需求的拉动下,非金属矿物超细粉体加工技术与设备也 取得了显著进步。未来的发展趋势是提高产品细度(降低粉碎极限)、提高单机产量(设备大型化)、 降低(单位产品)能耗和磨耗,稳定产品质M;同时发展高效低耗和大处理量的分级技术和设备;并 在现有设备和工艺基础上发展人工智能技术,根据原料特点和产品细度要求自动优化生产工艺配置和 操作参数,达到高效、低耗、稳定产品质量的固的。
凹凸棒石粘土因所含主要成分凹凸棒石的特殊纤维结构、不同寻常的胶体、吸附和脱色等性能, 被广泛应用于化工、轻工、农业、纺织、建材、地质勘探、铸造、硅酸盐、制药、原子能工业以及环 保等领域。
我国自丨976年在江苏六合小盘山首次发现凹凸棒石粘土(凹土)矿之后,相继在全国丨4个宵区 发现矿点,近年来在河北、山西和甘肃等地都发现了凹土矿;尤其是在甘肃中、西部发现的大型凹土 矿,远景储量可能达到10x10、。据甘肃省地矿局调査显示,仅临泽县的凹土资源储量,就达到了目 前III:界上其他国家总和的10倍左右。江苏盱眙凹土资源的探查也取得了重大突破,全县凹土储量已达 4.5 xl()8t。我国已探明凹土矿储M完全能满足目前工业生产的需求,与世界各国相比,也具有较明显 的的优势。
目前,我国凹土的产量尚无全面的统计资料。仅以江苏盱眙一地为例,2004年已达18 xl〇4t。其 中胶黏剂、植物油脱色剂的产量已超过5 x 104 t。
我国凹土矿开发研究时间不长,多数矿石品位低,选矿及加工方法简陋,产品有结构单一、适用 范围窄等不足,所以开发这种凹土资源,尤其是制备高质M?的凹土产品具有巨大的潜力。
一、凹凸棒石特性
四土中凹凸棒石的含M对其工业应用具有决定意义。自然界纯凹凸棒石矿是没有的,常伴生有其 他杂质,因此在选矿提纯、确定其工业应用时,正确确定凹土中凹凸棒石的含量十分重要。
(一)凹凸棒石的矿物特性
凹凸棒石(atlapulgite),又名坡缕石(palygorskite),是一种层链状过渡结构的以含水富镁娃酸盐 为主的粘土矿物。理论化学式为Mg5Sis0M (0H)2 (OH2)4 .4H20。其理想化学成分质量分数为: Si02, 56.96%; (Mg,Al, Fe) (),23.83%; H20, 19.21%。其矿物结构分为3个层次:①基本结构 单元为棒状或纤维状单晶体,棒晶的直径为0.01 pm数量级,长度可达0.1 ~1 pm;②由单晶平行聚 集而成的棒晶朿;③由晶束(包括棒晶)相互聚集堆砌而成的各种聚集体,粒径通常为0.01 ~0.1 mn 数M级。结构中含有4种形态的水:表面吸附水、晶体结构内部孔道中的沸石水、位于孔道边部且与 边缘八面体阳离子结合的结晶水与八面体层中间的阳离子结合的结构水。从热失重分析可知,各自质 k丨:分数大约为7%、3% ~4%、5% -6%:在不同温度下加热凹凸棒石,脱出晶体结构中不同状态的1.鉴定
凹凸棒石在红外光谱中有明显异于其他矿物的吸收峰,沸石水和吸附水的弯曲振动分别在1595cm — 1和1635 cnT1,伸缩振动分别发生在3385cm —和3315 cm' Si-OH仲缩振动的吸收发生在373丨f‘nr|和37丨0 cm _1,和Mg2*相连的-OH 的吸收峰在 3670 cmcnr1、3590 cnT1 和 3532 cm-1,同时还可参照凹凸棒石的XRD标准图谱来判断。图1为纯凹凸棒石XRD的JCPDS标准_片21 - 0958号
的图谱,(11〇)面的峰最大,其20角位于8.5°的位置,苦其他加角基本对应,表明所测矿物中应有凹凸棒石。
2?含量检测
凹凸棒石含量检测主要有以下儿种方法:
①XKU检验。内插标样X射线粉晶衍射(XR丨分析法,是目前较为准确、简便的粘土矿物定量分析 方法。该法通过系统测定稀释后的凹凸棒石(110)衍射峰和刚玉(113)衍射峰的积分强度比,来确 定粘土中凹凸棒石的M。②特征元素化学成分检验.:凹凸棒石理论化学式中的Mg元素,在非凹凸棒 乜矿中一般不含或者含量极低,所选原矿经提纯通常不包含白云石组分,所以Mg元素可在定量分析 中作为分析的特征元素。Mg元素的含量也可通过原子吸收光谱法来测定,从而间接得到凹凸棒石的含 量。③TEM法、SEM法检验,可通过观察样品的显微结构,即样品的晶形、晶貌及大小得到样品的体 积分数-般SEM的解析度比TEM要低,准确度较差些。从这两种电镜分析得到的都是半定量的结 果。以上3种方法各有利弊。通过不同方法的联合使用,可使凹凸棒石含量的检验达到较高的准确度。
二、凹土的选矿提纯
我国已探明凹土矿多数矿床品位较低,多数矿床凹凸棒石平均含M不高,大部分品位在50%以 下。
常见的矿石类型有以下几种:①凹凸棒石型;②蒙脱石型;③凹凸棒石+蒙脱石型;④白云石+ 凹凸棒石型;⑤白云石+凹凸棒石+蒙脱石型;⑥蛋白石+凹凸棒石+白云石型。
凹土选矿技术主要有干法和湿法两种。干法工艺流程简单,提纯效果不能明显提高凹土的品质。 此法只适用于原矿品位好、凹凸棒石含量高的矿石。湿法提纯虽效果好,但需要大量的水,提纯后还 要进一步脱水、干燥、研磨,成本相对较高,故湿法产品主要用于对凹土纯度要求较高的行业。其主 要工艺路线可概括为:原土分散(加分散剂,机械搅拌+超声处理)—分散体系分离分选(沉降,除 去杂质和不溶物胶体浓缩干燥(压滤,真空干燥)—凹土产品。
凹土的湿法提纯过程中,工艺中有两个较为关键的问题。
首先是凹土的分散问题。通过对凹土进行水化和强力剪切作用,拆散凹凸棒石原始晶束与聚集体, 形成细小的晶束与棒晶,并且在高水分浓度的情况下又不易折断。干燥后得到的凹凸棒石的结构有了 较大的变化,首先是晶束变得细长,晶朿之间松散交错,形成了大量架空的孔洞。这既可方便选矿提 纯过程的进行,也方便了今后凹土的改性处理u
制备凹土水悬浮液时,可在超声波搅拌下,使凹凸棒石很容易在分散介质中分散成细小的晶束或 棒晶,从而使其胶体性能有很大的改观。