CN104986778A

CN104986778A - 钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法

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Publication number: CN104986778A
Application number: CN201510346620.5A
Authority: CN
Inventors: 汪元良
Original assignee: WUJU HENGJIE BENTONITE Co Ltd
Current assignee: WUJU HENGJIE BENTONITE Co Ltd
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2015-06-19
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2035-06-19
Also published as: CN104986778B

Abstract

本发明公开了一种钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法，该方法包括：1)将钙基膨润土与钠盐混合并钠化制得一级钠基膨润土；2)将一级钠基膨润土与添加剂混合并孕育制得二级钠基膨润土；其中，所述添加剂包括微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶、膨胀蛭石、硼酸铵、增粘剂和聚丙烯酰胺；所述钠盐和所述钠盐修饰的硅胶中的钠盐各自独立地选自碳酸钠、硅酸钠、氟化钠、草酸钠、醋酸钠、磷酸类钠盐、聚丙烯酸钠、氢氧化钠、氯化钠、硫代硫酸钠和纤维素钠中的一种或多种；所述增粘剂选自氧化镁和/或氢氧化镁。该方法能够将钙基膨润土充分钠化成钠基膨润土，并且该钠基膨润土具有优异的吸蓝量、吸水率和胶质价，另外，该方法步骤简单，原料易得。

Description

钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法

技术领域

本发明涉及钠基膨润土，具体地，涉及一种钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法。

背景技术

膨润土是一种黏土岩、亦称蒙脱石，具有很强的吸湿性(能吸附相当于自身体积8-20倍的水而膨胀至30倍)、在水介质中能分散呈胶体悬浮液，并具有一定的粘滞性、触变性和润滑性，它和泥沙等的掺和物具有可塑性和粘结性，有较强的阳离子交换能力和吸附能力。因此，膨润土广泛应用于工业生产中，如钻井泥浆、铁矿球团和铸造三大行业；当然膨润土也可以能够应用于日常生活中，如膨润土猫砂、膨润土空气净化器和膨润土营养陶粒。

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，但这些阳离子与蒙脱石晶胞的作用很不牢固，易被其它阳离子交换。从膨润土的层间阳离子种类决定膨润土的类型，层间阳离子为Na⁺时称钠基膨润土，层间阳离子为Ca⁺时称钙基膨润土，钠质蒙脱石(或钠膨润土)的性质比钙质的好，如更高的吸水率，更强的粘结性和更好的胶体性能等。

目前，主要采用人工钠基工艺将钙基膨润土改性为钠基膨润土。钠基剂可以是Na₂CO₃、NaF和Na₂SO4等，但从经济上考虑，Na₂CO₃是最好的钠基剂。钠基过程中，膨润土与Na₂CO₃发生反应形成的CaCO₃不溶于水，促进了反应向右进行，形成了钠基膨润土，但是，由于Ca²⁺电势较强，膨润土有优先吸附Ca²⁺能力，因此，上面的反应是可逆的，不可能达到100％的钠基，进而导致了钠基不均匀和钠基效果不充分的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法，该方法能够将钙基膨润土充分钠化成钠基膨润土，并且该钠基膨润土具有优异的吸蓝量、吸水率和胶质价，另外，该方法步骤简单，原料易得。

为了实现上述目的，本发明提供了一种膨润土的双重钠基方法，包括：

1)将钙基膨润土与钠盐混合并钠化制得一级钠基膨润土；

2)将一级钠基膨润土与添加剂混合并孕育制得二级钠基膨润土；

其中，添加剂包括微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶、膨胀蛭石、硼酸铵、增粘剂和聚丙烯酰胺；钠盐和钠盐修饰的硅胶中的钠盐各自独立地选自碳酸钠、硅酸钠、氟化钠、草酸钠、醋酸钠、磷酸类钠盐、聚丙烯酸钠、氢氧化钠、氯化钠、硫代硫酸钠和纤维素钠中的一种或多种；增粘剂选自氧化镁和/或氢氧化镁。

本发明还提供了一种钠基膨润土，该钠基膨润土通过上述的方法制备而得。

通过上述技术方案，本发明提供的方法首先将钙基膨润土与钠盐进行一级钠化制得一级钠基膨润土，然后将一级钠基膨润土与添加剂进行二级钠化制得二级钠基膨润土。通过两步双重钠化的方法以提高钙基膨润土的钠化程度，并且添加剂中含有微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶、膨胀蛭石、硼酸铵、增粘剂和聚丙烯酰胺，通过各组分之间的协同作用能够加大地提高钙基膨润土的钠化效果，制备出具有优异的吸蓝量、吸水率和胶质价的钠基膨润土。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种膨润土的双重钠基方法，包括：

1)将钙基膨润土与钠盐混合并钠化制得一级钠基膨润土；

在本发明的步骤1)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高一级钠基膨润土含钠量，优选地，在步骤1)中，钙基膨润土与钠盐的重量比为100：2-4。

同时，在本发明的步骤1)中，钠化的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高一级钠基膨润土含钠量，优选地，在步骤1)中，钠化至少满足以下条件：钠化温度为15-35℃，钠化时间为24h-30h。

此外，在本发明的添加剂中，钠盐修饰的硅胶中钠盐的含量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高二级钠基膨润土含钠量，优选地，钠盐修饰的硅胶中钠盐的含量为5-10重量％。

另外，在本发明的添加剂中，膨胀蛭石与钠盐修饰的硅胶的粒径可以在宽的范围内选择，但是为了提高膨胀蛭石、钠盐修饰的硅胶与一级钠基膨润土的接触面积以提高钠化程度，优选地，膨胀蛭石与钠盐修饰的硅胶的粒径各自独立地不小于200目。

在本发明的添加剂中，聚丙烯酰胺的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了提高一级钠基膨润土的钠化程度，优选地，聚丙烯酰胺的重均分子量为400万-1000万。

在上述内容的基础上，在添加剂中各组分的具体用量也可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高一级钠基膨润土的钠化程度，优选地，相对于100重量份的钠盐修饰的硅胶，微晶纤维素的含量为5-14重量份，膨胀蛭石的含量为40-60重量份，硼酸铵的含量为3-8重量份，增粘剂的含量为1-5重量份，聚丙烯酰胺的含量为2-7重量份。

当然，在步骤2)中，对各原料的具体用量也没有特别的限定，但是为了使得二级钠基膨润土具有更优异的吸蓝量、吸水率和胶质价，优选地，在步骤2)中，一级钠基膨润土与添加剂的用量为100：15-50。

同时，在步骤2)中，孕育的具体条件也可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高二级钠基膨润土的吸蓝量、吸水率和胶质价，优选地，孕育至少满足以下条件：孕育温度为15-35℃，孕育时间为3-7天。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，吸蓝量、水分和吸水率参数通过国标GB/T 20793-2007记载的方法测得。

制备例1

1)在60℃下，将硅胶浸泡于碳酸钠水溶液(含有25-30重量％的碳酸钠)中3.5h，然后过滤制得钠盐修饰的硅胶(经称重法测得钠盐修饰的硅胶中含有8重量％的碳酸钠)；

2)将微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶(粒径为300目)、膨胀蛭石(粒径为300目)、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺(重均分子量为700万)混合制得添加剂A1；其中，钠盐修饰的硅胶、微晶纤维素、膨胀蛭石、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺的重量比为100：8：50：6：4：5。

制备例2

1)在50℃下，将硅胶浸泡于碳酸钠水溶液(含有25重量％的碳酸钠)中3h，然后过滤制得钠盐修饰的硅胶(经称重法测得钠盐修饰的硅胶中含有5重量％的碳酸钠)；

2)将微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶(粒径为300目)、膨胀蛭石(粒径为300目)、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺(重均分子量为400万)混合制得添加剂A2；其中，钠盐修饰的硅胶、微晶纤维素、膨胀蛭石、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺的重量比为100：5：40：3：1：2。

制备例3

1)在70℃下，将硅胶浸泡于碳酸钠水溶液(含有30重量％的碳酸钠)中4h，然后过滤制得钠盐修饰的硅胶(经称重法测得钠盐修饰的硅胶中含有10重量％的碳酸钠)；

2)将微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶(粒径为300目)、膨胀蛭石(粒径为300目)、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺(重均分子量为1000万)混合制得添加剂A3；其中，钠盐修饰的硅胶、微晶纤维素、膨胀蛭石、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺的重量比为100：14：60：8：5：7。

制备例4

按照实施例1的方法进行制得添加剂A4，不同的是，将步骤2)中的碳酸钠换为硅酸钠。

制备例5

按照实施例1的方法进行制得添加剂A5，不同的是，步骤2)中未使用微晶纤维素。

制备例6

按照实施例1的方法进行制得添加剂A6，不同的是，步骤2)中未使用膨胀蛭石。

制备例7

按照实施例1的方法进行制得添加剂A7，不同的是，步骤2)中未使用硼酸铵。

制备例8

按照实施例1的方法进行制得添加剂A8，不同的是，步骤2)中未使用氧化镁。

制备例9

按照实施例1的方法进行制得添加剂A9，不同的是，步骤2)中未使用聚丙烯酰胺。

制备例10

将微晶纤维素、碳酸钠、硅胶(粒径为300目)、膨胀蛭石(粒径为300目)、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺(重均分子量为1000万)混合制得添加剂A10；其中，硅胶、碳酸钠、微晶纤维素、膨胀蛭石、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺的重量比为100：5：14：60：8：5：7。

实施例1

1)在25℃下，将钙基膨润土与碳酸钠混合并钠基26h制得一级钠基膨润土B1；其中，钙基膨润土与碳酸钠的重量比为100：3。

2)在25℃下，将一级钠基膨润土铺平，然后再喷洒添加剂A1进行孕育5天制得二级钠基膨润土C1；其中一级钠基膨润土与添加剂的重量比为100：15-50。

实施例2

1)在15℃下，将钙基膨润土与碳酸钠混合并钠基24h制得一级钠基膨润土B2；其中，钙基膨润土与碳酸钠的重量比为100：2。

2)在15℃下，将一级钠基膨润土铺平，然后再喷洒添加剂A2进行孕育3天制得二级钠基膨润土C2；其中一级钠基膨润土与添加剂的重量比为100：15。

实施例3

1)在35℃下，将钙基膨润土与碳酸钠混合并钠基30h制得一级钠基膨润土B3；其中，钙基膨润土与碳酸钠的重量比为100：4。

2)在15-35℃下，将一级钠基膨润土铺平，然后再喷洒添加剂A3进行孕育7天制得二级钠基膨润土C3；其中一级钠基膨润土与添加剂的重量比为100：50。

实施例4

按照实施例1的方法进行制得二级钠基膨润土C4，所不同的是在步骤2)中将添加剂A1换成添加剂A4。

对比例1

按照实施例1的方法进行制得二级钠基膨润土C5，所不同的是在步骤2)中将添加剂A1换成添加剂A5。

对比例2

按照实施例1的方法进行制得二级钠基膨润土C6，所不同的是在步骤2)中将添加剂A1换成添加剂A6。

对比例3

按照实施例1的方法进行制得二级钠基膨润土C7，所不同的是在步骤2)中将添加剂A1换成添加剂A7。

对比例4

按照实施例1的方法进行制得二级钠基膨润土C8，所不同的是在步骤2)中将添加剂A1换成添加剂A8。

对比例5

按照实施例1的方法进行制得二级钠基膨润土C9，所不同的是在步骤2)中将添加剂A1换成添加剂A9。

对比例6

按照实施例1的方法进行制得二级钠基膨润土C10，所不同的是在步骤2)中将添加剂A1换成添加剂A10。

对比例7

在25℃下，将钙基膨润土铺平，然后在喷洒添加剂A1进行孕育5天制得钠基膨润土C11；其中钙基膨润土与添加剂的重量比为100：15-50。

检测例1

按照国标GB/T 20793-2007记载的方法测得上述钠基膨润土的吸蓝量、水分和吸水率，具体结果见表1。

检测例2

将15.00g上述钙基膨润土、一级钠基膨润土或二级钠基膨润土置于已盛有50mL蒸馏水的100mL带塞量筒中，再加蒸馏水至90mL左右并塞紧塞子摇晃5min，使试样充分散开与水混匀。打开塞子，加入1.00g氧化镁，加蒸馏水至刻度，再塞上塞子并摇晃3min。将量筒放置于不受振动的桌面上，静置24h，读出凝胶体界面的刻度值，即为胶质价，以mL/15g表示。

表1

上表中，膨润土中含钠量越高，其吸蓝量、胶质价和吸水率均越高，由上表可知，本发明提供的方法能够将钙基膨润土充分钠化以使得的钠基膨润土具有优异的吸蓝量、吸水率和胶质价。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种膨润土的双重钠化方法，其特征在于，包括：

1)将钙基膨润土与钠盐混合并钠化制得一级钠基膨润土；

其中，所述添加剂包括微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶、膨胀蛭石、硼酸铵、增粘剂和聚丙烯酰胺；所述钠盐和所述钠盐修饰的硅胶中的钠盐各自独立地选自碳酸钠、硅酸钠、氟化钠、草酸钠、醋酸钠、磷酸类钠盐、聚丙烯酸钠、氢氧化钠、氯化钠、硫代硫酸钠和纤维素钠中的一种或多种；所述增粘剂选自氧化镁和/或氢氧化镁。

2.根据权利要求1所述的双重钠化方法，其中，在步骤1)中，所述钙基膨润土与钠盐的重量比为100：2-4。

3.根据权利要求2所述的双重钠化方法，其中，在步骤1)中，所述钠化至少满足以下条件：钠化温度为15-35℃，钠化时间为24-30h。

4.根据权利要求1所述的双重钠化方法，其中，所述钠盐修饰的硅胶中钠盐的含量为5-10重量％。

5.根据权利要求1所述的双重钠化方法，其中，所述膨胀蛭石与钠盐修饰的硅胶的粒径各自独立地不小于200目。

6.根据权利要求1所述的双重钠化方法，其中，所述聚丙烯酰胺的重均分子量为400万-1000万。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的双重钠化方法，其中，相对于100重量份的所述钠盐修饰的硅胶，所述微晶纤维素的含量为5-14重量份，所述膨胀蛭石的含量为40-60重量份，所述硼酸铵的含量为3-8重量份，所述增粘剂的含量为1-5重量份，所述聚丙烯酰胺的含量为2-7重量份。

8.根据权利要求7所述的双重钠化方法，其中，在步骤2)中，所述一级钠基膨润土与添加剂的用量为100：15-50。

9.根据权利要求7所述的双重钠化方法，其中，在步骤2)中，所述孕育至少满足以下条件：孕育温度为15-35℃，孕育时间为3-7天。

10.一种钠基膨润土，其特征在于，所述钠基膨润土通过权利要求1-9中任意一项所述的方法制备而得。