CN101913617B - 用循环氯化钠法钠化钙基膨润土的方法 - Google Patents

用循环氯化钠法钠化钙基膨润土的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用循环氯化钠法钠化钙基膨润土的方法。该方法采用氯化钠为钠化剂，在其浓度较高情况下通过传质交换膨润土层间钙离子达到钠化目的。由于只有很少部分氯化钠参与钠化，固液分离后绝大部分留存在溶液中，因此可将分离的液体重新用在下一批钙基膨润土的钠化中，由此可根据初始氯化钠浓度大小循环使用若干次后，通过除钙补充氯化钠继续使用。氯化钠为强电介质，在其浓度很高条件下可使原膨润土结构电荷有序化，暂时降低膨润土粘度从而便于在较高矿浆浓度下进行搅拌、脱水等操作。本方法采用循环氯化钠法，具有成本低廉、节约用水、操作简单，易于工业化生产等优点。

Description

用循环氯化钠法钠化钙基膨润土的方法
技术领域
本发明涉及一种膨润土的钠化方法，具体是采用用循环氯化钠法钠化钙基膨润土的方法。
背景技术
膨润土是一种广泛应用于建材、冶金化工、石油、农业、医药、轻工等行业的粘土矿。它由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成的2:1型层状硅酸盐矿物，由于结构体中的高价元素被低价元素置换导致结构体电荷失衡，因此层间需要吸附阳离子来平衡电荷。根据层间阳离子种类和含量可分为钙基膨润土和钠基膨润土。我国以及世界绝大多数膨润土都属于钙基膨润土，由于钠基膨润土性能优于钙基膨润土，因此钙基膨润土钠化改型便成为该领域研究的热点。
钙基膨润土钠化的工艺可概括为两大类：干法和湿法。干法工艺钠化的产品质量较湿法差，很难达到一级品的标准。湿法用水量大，但为了制备高品质的钠基膨润土或蒙皂土产品，湿法钠化仍然比较常见。
常用的湿法钠化剂包括碳酸钠、氟化钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、氢氧化钠、氯化钠、阳离子交换树脂。其中以钠化过程产生沉淀而促进钠化的有括碳酸钠、氟化钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠等。这些钠化剂钠化效果最明显，但因生成难溶物与膨润土混合难于分离导致该方法产品质量不高。阳离子交换树脂钠化可避免杂质的引入，但该方法所需矿浆浓度低，为了固液充分接触交换必须要不断搅拌或者加热，因此用水量大且高耗能，该方法难于规模化生产。氢氧化钠作为钠化剂由于它对膨润土具有腐蚀作用，因此它只是钠化研究初期一种尝试而并无实际应用意义。氯化钠作为一种较碳酸钠、氟化钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠等廉价的钠化剂，它是众多钠化相关文献常提到的对比试剂，由于氯化钠和其他试剂钠化机理不同，若采用常规方法和常用量钠化达不到钠化效果，这也是众多文献得出氯化钠钠化效果较之很差而不被使用的原因。王琳等在微波高温条件下用氯化钠和50％乙醇钠化可得到钠基膨润土，王建旭等在较高浓度的氯化钠存在下80℃水浴钠化，得到较好的钠化效果，以上两种方法均在非室温条件下操作，相比之下能耗高，不利于工业化实施。更重要的一点钠化剂使用效率很低，由此造成试剂大量损失。
基于以上情况，本发明在研究各种钠化方法钠化机理后，采用廉价的氯化钠为钠化剂，在高浓度氯化钠存在下，以较强的传质方式交换层间的钙离子。由于氯化钠是强电解质，在其较高浓度条件下，使膨润土结构电荷有序化，暂时破坏了原来“工”字结构改变某些性质如吸水性、膨胀性、粘性等，因此矿浆浓度较之其他方法可明显提高，而用水量大大减少达到省水目的，同时使脱水变得更为容易。由于钠化剂实际用量很少，大部分存留在溶液中，因此本发明采用钠化液循环使用的工艺排除试剂和水的损耗，达到节能减排的目的。该方法与其他湿法相比除了操作性强外更重要的是大大降低了成本易于工业化生产。
发明内容
本发明目的在于，提供一种用循环氯化钠法钠化钙基膨润土的方法。该方法采用高浓度氯化钠为钠化剂将钙基膨润土改型成钠基膨润土。由于钠化过程中起钠化作用的氯化钠量很少，经过固液分离后，绝大部分氯化钠存留在分离的液体中，因此可将氯化钠浓度仍然很高的清液作为钠化液继续循环使用。直到钠化液中的氯化钠的浓度低于4％以后，将其除去钙离子补充氯化钠继续使用。该方法操作过程简单，成本低且易于实现工业化生产。
本发明所述的用循环氯化钠法钠化钙基膨润土的方法，按下列步骤进行：
一种用循环氯化钠法钠化钙基膨润土的方法，按下列步骤进行：
a、取钙基膨润土粉碎，过筛100-200目后，加入到钠化溶液中制备得到5％-25％的矿浆，搅拌15-60min使固体均匀分散在溶液中，静置钠化30-120min后按常规方法进行固液分离得到循环液和固体；
b、将步骤a中的固体加入自来水制成质量百分比浓度为5％-20％的矿浆，搅拌均匀后，按常规方法进行固液分离得到清液和钠化土，再将钠化土按常规方法烘干粉碎即可得到钠基膨润土。
步骤a中钠化溶液为直接用自来水配制的质量浓度为5％-25％氯化钠水溶液；
步骤a中循环液作为钠化溶液重复使用。
循环液中的氯化钠浓度低于4％时，需要进行补充氯化钠，使氯化钠质量浓度为5％-25％后再继续循环使用。
步骤a中氯化钠水溶液每循环使用3次需要除钙处理。
步骤b中清液作为替代步骤b中的自来水，循环使用2次后，用做补充循环液在循环使用过程中的损耗。
本发明所述的用循环氯化钠法钠化钙基膨润土的方法，其特点为：
钠化剂来源广，价格较之其他低廉。
钠化剂循环使用，避免损耗，大大降低生产成本。
节能减排。工艺中钠化液以及洗涤固体的清液均得到循环使用，大大降低了水的使用量，达到节能减排目的。
钠化效果明显，膨胀容从十几提高八十多，可交换钙下降60-80％，碱性系数均大于1。
附图说明
图1为本发明钠化工艺图
图2钠化前后XRD图，图中1、2、3、4分别为：钙基膨润土；实施例3得到的钠基膨润土；实施例5得到的钠基膨润土；实施例6得到的钠基膨润土。
具体实施方式
实施例1
称取钙基膨润土(膨胀容11.0ml/g，可交换钙98.4mmol/100g，可交换钠0.34mmol/100g，)5g粉碎，过筛100目后，加入25ml用自来水配制的初始质量浓度为5％的氯化钠溶液中，搅拌60min使固体均匀分散在溶液中，静置钠化30min按常规方法进行固液离心分离得到循环液和固体；
将固体加入40ml自来水制成质量百分比浓度为10％的矿浆，搅拌均匀后，按常规方法进行固液分离得到清液和钠化土，再将钠化土按常规方法烘干粉碎即可得到钠基膨润土。
采用中华人民共和国建材行业标准JC/T 593-1995《膨润土试验方法》测得膨胀容为83.5ml/g，可交换钙20.29mmol/100g，可交换钠78.53mmol/100g，计算碱性系数大于1。
实施例2
称取钙基膨润土5g粉碎，过筛150目后，加入20ml质量浓度为15％的氯化钠溶液，搅拌30min使固体均匀分散在溶液中，静置钠化45min后按常规方法进行固液离心分离得到循环液和固体；
将固体加入15ml自来水制成质量百分比浓度为20％的矿浆，搅拌均匀后，按常规方法进行固液分离得到清液和钠化土，再将钠化土按常规方法烘干粉碎即可得到钠基膨润土，测得膨胀容为84ml/g，碱性系数大于1。
实施例3
称取钙基膨润土5g粉碎，过筛200目后，加入15ml质量浓度25％的氯化钠溶液，搅拌15min使固体均匀分散在溶液中，静置钠化120min后按常规方法进行固液离心分离得到循环液和固体；
将固体加入90ml自来水制成质量百分比浓度为5％的矿浆，搅拌均匀后，按常规方法进行固液分离得到清液和钠化土，再将钠化土按常规方法烘干粉碎即可得到钠基膨润土，测得膨胀容为84ml/g，碱性系数大于1。
实施例4
称取钙基膨润土5g粉碎，过筛100目后，加入实施例1中得到的循环液，搅拌45min使固体均匀分散在溶液中，静置钠化60min后按常规方法进行固液离心分离得到循环液和固体；
将固体加入实施例1中得到的清液，搅拌均匀后，按常规方法进行固液分离得到清液和钠化土，再将钠化土按常规方法烘干粉碎即可得到钠基膨润土，膨胀容为85ml/g，碱性系数大于1。
实施例5
称取钙基膨润土5g粉碎，过筛200目后，加入实施例4中得到的循环液，搅拌35min使固体均匀分散在溶液中，静置钠化90min后按常规方法进行固液离心分离得到循环液和固体；
将固体加入实施例4中得到的清液，搅拌均匀后，按常规方法进行固液分离得到清液和钠化土，再将钠化土按常规方法烘干粉碎即可得到钠基膨润土，膨胀容为69ml/g，碱性系数大于1。
实施例6
将实施例5中的循环液加入碳酸钠或者通入二氧化碳用于除钙处理，离心分离，上层液与实施例5中清液合并用做补充循环液在循环使用的损耗，然后加入0.6g氯化钠，使其质量浓度为5％的氯化钠溶液；
称取钙基膨润土5g粉碎，过筛150目后，加入到配制的质量浓度为5％的氯化钠溶液中，搅拌20min使固体均匀分散在溶液中，静置钠化100min后按常规方法进行固液离心分离得到循环液和固体；
将固体加入自来水制成质量百分比浓度为20％的矿浆，搅拌均匀后，按常规方法进行固液分离得到清液和钠化土，再将钠化土按常规方法烘干粉碎即可得到钠基膨润土，膨胀容为89ml/g，碱性系数大于1。

Claims (3)

1.一种用循环氯化钠法钠化钙基膨润土的方法，其特征在于按下列步骤进行：
a、取钙基膨润土粉碎，过筛100-200目后，加入到钠化溶液中制备得到5％-25％的矿浆，搅拌15-60min，使固体均匀分散在溶液中，静置钠化30-120min后按常规方法进行固液分离得到循环液和固体，其中钠化溶液为直接用自来水配制的质量浓度为5％-25％氯化钠水溶液，氯化钠水溶液每循环使用3次需要除钙处理，循环液中的氯化钠浓度低于4％时，需要进行补充氯化钠，使氯化钠质量浓度为5％-25％后再继续循环使用；
b、将步骤a中的固体加入自来水制成质量百分比浓度为5％-20％的矿浆，搅拌均匀后，按常规方法进行固液分离得到清液和钠化土，再将钠化土按常规方法烘干粉碎即可得到钠基膨润土。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a中循环液作为钠化溶液重复使用。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤b中清液作为替代步骤b中的自来水，循环使用2次后，用做补充循环液在循环使用过程中的损耗。
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