CN1278987C

CN1278987C - 一种天然膨润土的改性方法

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Publication number: CN1278987C
Application number: CN 200410070459
Authority: CN
Inventors: 王家君
Original assignee: Individual
Current assignee: Beijing Jingsheng Guotai Technology Co ltd
Priority date: 2004-08-04
Filing date: 2004-08-04
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2024-08-04
Also published as: CN1730426A

Abstract

本发明是一种天然膨润土的改性方法，以天然膨润土矿物为原料，按以下步骤制备：(1)对原矿进行挑选和干燥；(2)对干燥后的原矿进行粗碎；(3)加水制浆，控制浆液的pH值实现浆液与杂质的有效分离；(4)加强碱、改性助剂、pH调节剂、络合剂和聚合物表面活性剂进行改性；(5)离心分离，悬浮液经干燥、粉碎、包装即为最终产品。本发明的技术核心是：控制制浆pH值和固液比与原矿的挑选、干燥、粗碎相结合，有效地去除杂质，降低产品中石英、方石英的含量；加入强碱调节悬浮液的pH在11.5～13.5之间进行改性，通过pH控制、加入络合剂、改性助剂和聚合物聚合物表面活性剂，实现对产品性能的控制，满足不同需求。

Description

一种天然膨润土的改性方法

技术领域

本发明所公开的是一种天然膨润土的改性方法，特别是指以天然膨润土矿物为原料制备低石英和方石英含量、高粘度的改性膨润土及其制备方法，属于新型材料技术范畴。

背景技术

天然膨润土(Bentonite)，又称为班脱岩、膨土岩、蒙脱土(Montmorillonite)、蒙皂石、皂土、观音土等，是一种分布广泛的非金属粘土矿物。

膨润土的性质特征，主要是由所含蒙脱石的结构决定的。蒙脱石是一种二维平面层状结构的硅铝酸盐，它分别由两层硅氧四面体片和一层夹于其间的铝氧(羟基)八面体片层构成。其一般结构式为：Al₂O₃·4SiO₂·nH₂O，(n＞2)；属2∶1型层状结构；在两个相邻的硅氧四面体层片之间，是通过氢键和极性作用，结合力较弱，由于水分子和其他极性分子进入晶体层之间，引起晶体沿c轴膨胀，易于产生层状解理。

晶格内的异价类离子同向置换是蒙脱石最基本、最重要的构造特性。蒙脱石的四面体层中的Si可以被Al置换，八面体层中的Al可以被Fe³⁺和Mg²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺等离子置换，形成层间负电荷过剩，参见附图(1)，在两个相邻的硅氧四面体片层结构之间，可以吸附大量水合阳离子(如K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等)和水分子，并保持着交换状态。根据所吸附的阳离子种类、数量的变化，可以形成不同类型的蒙脱石。以Mg²⁺置换部分八面体层中的Al，并在层间吸附Na⁺和水分子的蒙脱石为例，所形成的结构可以描述为：

Nax(H₂O)₄{(Al₂-xMgx)(Si₄O₁₀)(OH)₂}

这些蒙脱石具有较高的离子交换容量(80～120meq/100g)及良好的吸附能力；在常温常压下，离子、水和盐类以及大多数有机物，都能够出入蒙脱石矿物的层间，形成复杂的蒙脱石无机复合体和蒙脱石有机复合体，而蒙脱石矿物晶粒细小，具有较大的外表面积，同时由于层间距离加大和层间作用力削弱，在水或其他溶剂的作用下层间可以膨胀、剥离，解理成更薄的单晶片层，使蒙脱石具有更大的比表面积。这也是以蒙脱石为主体的膨润土可以用于制备无机凝胶的基础。

上述特征，决定了以蒙脱石为主体的膨润土具有很大的内外表面积(600～800m²/g)。通过化学改性形成活性中心，可以成为良好催化剂；通过吸附季铵盐表面活性剂、烷基胺等形成有机膨润土，增大层间距，可以成为塑料加工中广泛使用的纳米插层材料、润滑油添加剂等。膨润土的这些特性，使其在环保、催化、石油开采、化工、建材等领域得到广泛应用。

自然界出产的天然膨润土，依其层间吸附的阳离子是以钠离子为主体或钙离子为主体，可以大体分为钠基膨润土和钙基膨润土。天然钠基膨润土的资源量远小于钙基膨润土，但前者具有更优越的性能。在天然膨润土中，除了蒙脱石以外，还含有碳酸盐、硅酸盐、金属氧化物、晶体二氧化硅等杂质成分。针对不同的用途，尚需对天然膨润土进行提纯、改性，以期进一步提高其综合性能。

目前针对天然膨润土的改性方法主要有以下几类：

1.酸活化膨润土

利用膨润土的离子交换性能，可将天然钙基、钠基膨润土制备成酸性白土，如专利CN1184001、CN1089314等。用酸改性，可以将矿物中的可交换的K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等阳离子，交换成H⁺；同时，伴随有酸对膨润土中酸可溶性杂质的溶解、以及酸对膨润土的铝氧八面体的部分溶解，可进一步提高膨润土的白度和纯度。这类改性技术所制备的改性膨润土，主要用于脱色、吸附、和提供路易斯酸活性中心的催化剂等。

2.有机膨润土

在膨润土中，蒙脱石具有离子交换性和具有较高的离子交换容量，并且通过层面上的羟基可以与有机功能团进行酯化、加成、缩合等反应。因此，利用离子交换、吸附脱附、和不同的反应类型，可以形成不同键型的有机复合物。目前常见的膨润土有机复合物，主要是由钠基膨润土经表面活性剂类有机物，置换层间吸附离子和在硅氧四面体层形成吸附层，从而改性制备的有机膨润土。

根据改性时所采用表面活性剂的不同，可分为阳离子、阴-阳离子组合、非离子、阳离子-非离子组合改性有机膨润土等，其中以阳离子表面活性剂改性的有机膨润土的研究和应用较多。为增大层间距，季铵盐有机阳离子的长烷基链碳原子数一般不小于12，如CN1263132、CN1356270、美国专利USP4391637等对膨润土进行改性中所提及的季铵盐表面活性剂。

由于单纯采用季铵盐等小分子表面活性剂及其组合物改性后的有机膨润土，其5％分散液的粘度一般在500cp以下，人们采用聚丙烯酸酯类和季铵盐在水相中与膨润土反应形成的有机膨润土，以提高其粘度和分散性能，如专利CN85106842、CN1250067和美国专利USP4351753所采用的方法。

3.无机阳离子改性膨润土

以K⁺、Na⁺、Li⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cr³⁺、Zr⁴⁺、Ti⁴⁺等可溶性盐类，对天然膨润土进行离子交换改性，前人已作了很多研究：如《中国造纸》2003年第22卷第2期，报道了南京林业大学夏新兴撰写的题名为“膨润土改性方法的研究”，以碳酸钠为主体，结合其他无机盐对膨润土进行改性，制备高比表面积的柱撑型改性膨润土；又如专利CN1006528，公布了一种采用草酸锂改性，制备可分散于醇溶剂中的锂基膨润土方法；专利CN1356270，公布一种天然膨润土污水处理材料的制备方法，包括膨润土的钠离子置换、季铵盐改性等步骤，其中钠离子置换伴随有AlCl₃改性、煅烧形成柱撑型结构的膨润土，以提高季铵盐改性效果，增加产品的吸附能力；专利CN1363515，公布一种采用钠盐改性，制备天然硅酸镁铝凝胶的方法。

一般进行膨润土有机改性之前，先采用钠盐将膨润土改性为钠基膨润土；而制备柱撑型膨润土，则除了钠盐以外，还需要高价金属离子参与。钾盐由于成本较高，很少采用钾盐改性，因为改性后，其性能与钠基膨润土无显著差异。

迄今为止，所有有关膨润土改性的专利及研究工作中，存在三大问题：

1、钠基膨润土粘度太低：

目前改性的钠基膨润土，其5％分散液的粘度一般不可能大于600cp，导致直接使用钠基膨润土作为悬浮剂、分散剂的稳定性和使用效果受到影响。

2、改性膨润土中石英和方石英的含量偏高：

对改性膨润土中石英和方石英的危害性认识不足，所有工作中没有能够切实有效的技术和工艺，使改性膨润土成品中石英和方石英含量降低到5％以下。

3、有机膨润土的热稳定性偏低：

普遍采用的以季铵盐为主体的改性有机膨润土，作为纳米插层材料在塑料加工的使用过程中，由于季铵盐在160～180℃之间开始分解，而工程塑料(尼龙6，尼龙66)及超高分子量聚乙烯等许多树脂的加工温度均在180℃以上，因季铵盐分解所产生的气体在塑料基体内形成许多微细气泡造成缺陷，而且所逸出的分解气体对人体有害，气味难以忍受。

在上述问题中：

钠基膨润土粘度太低，是由于所采用的改性技术中，没有使蒙脱石层状结构充分膨胀和解理成片状，其改性效果不理想。试验发现，由Na₂CO₃改性的钠基膨润土的场发射扫描图片，其层间结合仍然比较紧密，参见附图(2)、图(3)；以NaCl改性的钠基膨润土的微观结构也有类似现象。

粉尘中的石英和方石英是导致矽肺病的主要因素，已有的研究结果表明，粉尘中的石英和方石英与肺癌有关。在欧美，对于工作场所中可吸入灰尘中晶体二氧化硅的含量有严格规定，8小时工作时间的场所，粉尘中晶体二氧化硅的平均含量不得超过50微克每立方米，而自然界中存在的晶体二氧化硅，主要是石英和方石英两种，另一种结晶为鳞石英，极少。虽然石英和方石英在改性膨润土中的存在，在大多数场合，并不影响膨润土的使用效果。但在使用操作过程中，不可避免会产生膨润土粉尘，这将导致粉尘中晶体二氧化硅的平均含量超标，对人体健康构成危害。因此，在改性膨润土中，如果不能有效地降低石英和方石英的含量，在未来的应用领域和市场开拓方面，将受到环保、法规方面的限制。

由于不同矿源，天然膨润土所包含的蒙脱石、碳酸盐、硅酸盐、金属氧化物、晶体二氧化硅的组成有很大差异，有的天然膨润土所包含的晶体二氧化硅的高达17％(wt％)，一般均在10％左右。同时，由于组成的差异和蒙脱石的阳离子交换容量和层间吸附的阳离子数量、种类的不同，不同产地的天然膨润土，经水化膨解后，形成的悬浮液的吸附、悬浮能力也存在很大差别。依照1989年第4期《无机盐工业》所发表的“XVT无机凝胶的研制及其应用”、以及专利CN1363515所公布的“天然硅酸镁铝凝胶的制备方法”，先将矿物粉碎至一定细度的颗粒(100～325目)，加水、浸泡、捣浆，在此过程中加入一定数量的降粘剂，所采用的降粘剂为六偏磷酸钠、焦磷酸钠、单宁酸、或聚丙烯酸钠，然后静置沉降或采用离心分离去除杂质。由于膨润土矿物中的晶体二氧化硅属于脆性物质，在磨细过程中会破碎为微细颗粒，而由蒙脱石形成的悬浮液具有良好的吸附和悬浮性能，使微细晶体二氧化硅颗粒很难从浆液中分离除去。天然膨润土矿物的组成存在差异，一般经加水、浸泡、捣浆之后的浆液的pH值均在7.5～9之间，加上所采用的降粘剂多数为碱性物质，不足以减少层状蒙脱石表面的亲水性，反而在一定程度上提高浆液的pH值，增大悬浮液的吸附和悬浮效果，降粘剂对浆液粘度的降低作用有限，以至于很难降低成品中晶体二氧化硅的含量。

试验发现，采用含有12.3％(wt％)的石英和方石英的膨润土原矿，经粉碎(-100目)、加水、浸泡、捣浆，配制成25％(wt％)的悬浮液，并加入相当于膨润土干重为5％(wt％)的焦磷酸钠作为降粘剂，按120rpm的搅拌速度搅拌5小时，按静置和离心分离测试石英和方石英的去除效果。静置3小时所分离出的悬浮液，经干燥后，利用α-三氧化二铝(α-alumina)内标法进行X射线粉末衍射(XPRD)测定，石英和方石英的总量为10.6％(wt％)；采用3000rpm离心分离去除杂质，所分离出的悬浮液经干燥后，石英和方石英的总量为11.2％(wt％)。不加降粘剂的条件下，其他操作同上，所分离出的悬浮液经干燥后，石英和方石英的总量为10.3％(wt％)。以目前所有对天然膨润土进行水相改性的技术，在原矿粉碎处理和制浆工艺上，基本类同，无法有效地去除天然膨润土矿物中的石英和方石英。

在季铵盐改性形成的有机膨润土技术上，人们试图添加或单独采用聚丙烯酸及其衍生物对膨润土进行改性，以提高有机膨润土在树脂中的分散性和热稳定性，但由于聚丙烯酸酯衍生物在水相分散性不佳，需借助于有机溶剂改性，改性效果受到影响；以聚丙烯酸或聚丙烯酰胺进行改性，可以提高改性膨润土的粘度和悬浮能力，如作为纳米插层材料，强烈的吸水效果产生的烘干干燥不完全，导致塑料加工过程中，放出的水分子在塑料基体中会聚成微细气泡产生缺陷，而且热稳定性问题仍然存在。专利CN1092221采用烷基胺改性，并复合有机硅偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂改性膨润土，作为橡胶填料，但作为工程塑料的纳米插层材料，改性剂烷基胺同样存在热稳定性问题。在这方面的工作，目前尚无重大突破。

为了解决以上问题，从膨润土改性的工艺方法着手，提高钠基膨润土、钾基膨润土的粘度和蒙脱石的解理程度，有效地降低石英和方石英的含量，改善有机膨润土的热稳定性和分散性，特完成本发明。

发明内容

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种天然膨润土的改性方法，以天然膨润土矿物为原料，按以下步骤进行制备：

1.将天然膨润土矿物进行挑选和干燥，使原矿的水分含量少于20％；

2.将干燥后的膨润土进行粗碎，使其粒径小于5mm；

3.制浆并控制pH值分离石英和方石英：将粗碎后的膨润土颗粒料，按固液比为1∶10～1∶4的比例，加水搅拌制浆，所用的水可以是软化水、蒸馏水和去离子水，避免带入高价阳离子影响产品白度；搅拌速度为40～600rpm；搅拌过程中，至少采用草酸、柠檬酸、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾、磷酸氢二钠、碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾的一种为pH调节剂，调节浆液的pH值在5.0～7.5之间；搅拌1～8小时，静置0.5～6小时，分离出上层悬浮液，进入改性工序；

4.采用强碱、改性助剂、pH调节剂、络合剂和聚合物表面活性剂进行改性：在搅拌下，用NaOH、KOH调节悬浮液的pH值在11.5～13.5之间，视具体需要，可以加入不超过所加干燥膨润土重量的3.0％的NaF或KF作为改性助剂，以增强改性效果，搅拌速度为40～600rpm，连续搅拌0.5～5小时；然后用至少是草酸、柠檬酸、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾、磷酸氢二钠、碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾的一种为pH调节剂，调节pH在8～10之间，并加入重量相当于所加干燥膨润土重量的0.02～0.3％的络合剂，和不超过所加干燥膨润土重量的3.0％的聚合物表面活性剂，继续搅拌1～5小时；其中络合剂至少是EDTA、N(CH₂COOH)₃及其相应的钠盐和钾盐的一种；聚合物表面活性剂至少是平均分子量不少于5000的聚α-乙烯基吡咯烷酮、α-乙烯基吡咯烷酮与苯乙烯共聚物、α-乙烯基吡咯烷酮与丙烯酸酯的共聚物的一种；

5.将上述悬浮液经过离心，喷雾干燥或烘干，粉碎过筛，包装即为成品；其中干燥温度以120～200℃为宜。

在上述技术方案中：

第一步对原材料进行挑选和干燥，去除大块杂色、颜色较深的土块和肉眼可见的石块，并进行凉晒或烘干，避免水分过大，部分矿物微粒已经是凝胶颗粒，所包夹的内层颗粒难以水化膨解而直接沉降，导致原材料浪费。一般天然膨润土原矿的含水量在20～30％之间。

第二步中，将干燥后的膨润土进行碾压粗碎，避免将天然膨润土所包含的石英和方石英破碎，以便于分离除去这些晶体二氧化硅。

第三步中，制浆所采用的固液比为1∶10～1∶4的重量比，是兼顾生产效率和杂质分离效果所选取的比例，固含量太高，不利于去除杂质；固含量太低，虽然杂质去除效果较好，但生产效率低。所投入的膨润土颗粒虽然较大，但经过干燥后的膨润土，遇水迅速膨胀、膨解，在搅拌条件下可以很快形成悬浮液。制浆过程中，调节pH值在5.0～7.5之间，主要是降低蒙脱石的吸附和悬浮能力，有利于浆液与石英、方石英颗粒、砂石及金属矿物等杂质的分离。在调节pH值过程中，不采用强酸，是考虑避免局部酸性过大，直接引起蒙脱石丧失悬浮能力而沉淀析出，导致产率下降这一现象的发生。

第四步中，采用NaOH、KOH形成的强碱性条件下(pH＝11.5～13.5)，一般优选控制pH在12.0～12.8之间，不但有阳离子交换发生，而且蒙脱石的硅氧四面体层、铝氧八面体层由于OH^-的作用而发生Si-O-Si、Al-O-Al的键断裂，导致层状解理加大，颗粒细化，提高改性效果，参见附图(4)、(5)；当有一定浓度的^-F(NaF或KF作为改性助剂)存在，会加剧这种现象的发生，促进硅铝酸盐层状结构的解理，参见附图(6)，从而进一步增加粘度，提高产品品质。但生产药用和化妆品用改性膨润土时，不得含有氟化物，可以不加NaF或KF改性助剂，适当提高控制的pH值在12.5～13.5之间，仍然可以制备5％分散液的粘度不低于700cp的产品。方案中不采用纯碱Na₂CO₃作为钠化剂对膨润土改性，因为大量的CO₃ ^2-存在于终端产品中，将导致产品质量下降；如改性膨润土作为香皂的添加剂，会在使用过程中与水体中的钙离子形成难溶物沉积于毛孔内，是导致洗浴后皮肤痒的原因之一。在调节pH值过程中不采用强酸，是考虑避免局部酸性过大，直接引起局部蒙脱石胶凝、包夹现象，由于动力学因素将会导致凝胶所包夹的不均匀物质的长期共存，以至产品质量下降。添加EDTA、N(CH₂COOH)₃系列的络合剂，可以消除悬浮液中的显色阳离子(如Ni²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺等)的颜色，提高产品白度。改性过程中，如果要生产5％分散液的粘度大于1400cp并适用于纳米插层材料的产品，可以添加PVP系列的聚合物表面活性剂，由于聚合物热稳定性较高，在200℃左右基本不分解，并且在干燥过程中易于脱除吸附水份，可以使改性有机膨润土作为纳米插层材料，满足工程塑料加工过程中热稳定性和低挥发性物质含量(易于在塑料基体中产生微细气泡的有机溶剂分子、水分子、低分子分解产物)的要求；由于蒙脱石已进行充分的钠化改性和高度解理，在此基础上进行的聚合物表面活性剂改性，有利于提高产品在树脂中的分散性和改善纳米结构，提高工程塑料产品的质量。

第五步中，将改性后的悬浮液离心分离，离心速率为1200～3000rpm，去除改性过程中所形成的难溶性钙盐和悬浮液夹带的其他杂质，提高产品纯度。离心后，悬浮液经脱水干燥，可以喷雾干燥或烘干，干燥温度为120～200℃，可以取出大量的吸附水，使产品的含水量不大于7％，按需要粉碎至一定粒径的粉末，密封包装以避免吸潮。

按上述方案，可以得到(-200目改性膨润土粉末)白度不低于75、石英与方石英总量不超过5％、含水量不大于7％、5％分散液的粘度不低于500cp的高性能改性膨润土。由于上述技术方案的运用，本发明与先有技术相比，具有以下优势：

1.本发明步骤1中，对天然膨润土原材料进行挑选和干燥，可以有效地提高产品的白度，增加膨润土在水中自行崩解成浆的性能。

2.本发明步骤2中，对干燥的天然膨润土原材料进行碾压粗碎，而不是细磨；可以有效地减少石英和方石英的破碎带来杂质分离的难度。

3.本发明步骤3中，兼顾生产效率和杂质分离效果采用的固液比为1∶10～1∶4的重量比作为制浆比例，并采用控制pH值在5.0～7.5之间以降低蒙脱石的吸附和悬浮能力，实现浆液与石英、方石英颗粒、沙石及金属矿物等杂质的有效分离，在保证设备有较好的处理能力的条件下，首次稳定地将改性膨润土中石英与方石英的总量最终控制在5％以内，消除了因环保政策差异对产品的应用条件和区域的限制。

4.本发明步骤4中，用NaOH、KOH形成的强碱性条件下(pH＝11.5～13.5)，对膨润土进行改性，促使蒙脱石的硅氧四面体层、铝氧八面体层的Si-O-Si、Al-O-Al的键断裂，促进硅铝酸盐层状结构的解理，增加粘度，可以获得5％分散液粘度不低于500cp的高性能改性膨润土；加入一定浓度的改性助剂^-F(NaF或KF)加剧这种现象的发生，进一步提高粘度，改善品质。添加EDTA、N(CH₂COOH)₃系列的络合剂，以消除阳离子(如Ni²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺等)的颜色，增加产品的白度；添加PVP系列的聚合物表面活性剂，解决了工程塑料加工过程中热稳定性和低挥发性物质的难题；可以根据pH的控制调节、改性助剂的添加与否、聚合物表面活性剂的加入与否，灵活调整产品性能，满足不同需求。

5.本发明步骤5中，将改性后的悬浮液再次离心分离，去除改性过程中所形成的难溶性钙盐和悬浮液夹带的其他杂质，大大提高产品纯度；离心后的悬浮液经120～200℃干燥，可以保证含水量不大于7％；180～200℃干燥后的含有聚合物表面活性剂的-200目的改性膨润土，可以直接用作纳米插层材料，无须再烘干和改性处理。

综上所述，本发明的核心技术是：将控制制浆的pH值和固液比与天然膨润土原矿的挑选、干燥、粗碎相结合，有效地去除天然膨润土杂质，降低产品中石英、方石英的含量；采用强碱调节悬浮液的pH在11.5～13.5之间进行改性，通过pH控制、添加络合剂、调整改性助剂和聚合物聚合物表面活性剂加入量，控制产品的性能，满足不同需求。

附图说明

附图1：蒙脱石的四面体层中的Si可以被Al置换的结构示意图；

附图2：Na₂CO₃改性的钠基膨润土的场发射扫描图片，放大倍率(100000倍)；

附图3：Na₂CO₃改性的钠基膨润土的场发射扫描图片，放大倍率(10000倍)；

附图4：NaOH改性、无改性助剂和聚合物表面活性剂的钠基膨润土的场发射扫描图片，放大倍率(100000倍)；

附图5：NaOH改性、无改性助剂和聚合物表面活性剂的钠基膨润土的场发射扫描图片，放大倍率(900倍)；

附图6：NaOH改性、加入NaF改性助剂，无聚合物表面活性剂的钠基膨润土的场发射扫描图片，放大倍率(100000倍)；

附图7：本发明的实施工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步描述：

实施例1：

参照图(7)的工艺流程进行实施。

河北宣化天然膨润土原矿，含水量在24％(wt％)，含有12.3％(wt％)的石英和方石英。经挑选除去大块杂色、颜色较深的土块和肉眼可见的石块，并进行凉晒至水分含量为17％，粗碎至粒径约5mm以下，取1吨，加软化水5吨，以120rpm的搅拌速度搅拌4小时，用5％(wt％)的草酸溶液和5％(wt％)的磷酸氢二钠溶液，在搅拌条件下对浆液的pH进行调节，至pH在6.0±0.5的范围内，30分钟内变化不超出6.0±0.5的范围，继续搅拌1小时，静置3小时，虹吸抽取上悬浮液，进入改性工序。所吸取的悬浮液约为4.2M³，在20rpm的搅拌速度下加入60升10％(wt％)NaOH溶液，溶液的pH为12.1，持续搅拌3小时，分别用10％(wt％)的草酸溶液进行粗调pH至10左右，然后用5％(wt％)磷酸二氢钠调节pH到9.0，并维持30分钟不超过9.0±0.5的范围，加入1kg EDTA-2Na，继续搅拌2小时。然后在2400rpm条件下离心分离，将离心后的悬浮液用滚筒烘干机在160℃烘干，粉碎至-200目，得成品320kg，以每袋25kg密封包装。

其主要指标的分析结果列于表1，其中：

白度参照GB12097-89，用SBD-Y1白度仪检测产品的白度。

改性膨润土的微观结构：用少量-200目的改性膨润土样品，用无水乙醇分散后滴于样品台的导电胶上，真空干燥，进行场发射扫描电镜分析，其微观结构如图(4)、图(5)所示。

石英和方石英总量：取少量样品，用α-三氧化二铝(α-alumina)内标法进行X射线粉末衍射(XPRD)测定。

5％分散液的粘度：取出10g样品，加蒸馏水200ml，电磁搅拌24小时，用Brookfield RVDV粘度计测定。

水分含量：取样品1.000g，在105℃干燥至恒重。

5％分散液的pH值：取出10g样品，加蒸馏水200ml，电磁搅拌30分钟，测定pH值。

作为对照试验1，以同样体积的13％(wt％)的Na₂CO₃溶液代替10％(wt％)NaOH溶液，其他操作同上述实施例1的方法，发现加入Na₂CO₃溶液的pH只有11.6，最终产品为350kg。其微观结构如图(2)、图(3)所示，其蒙脱石层状结构仍然比较紧密，解理程度比10％(wt％)NaOH改性的低得多。同样条件下测试的其他指标列于表1。

以NaCl作为改性物质的对照试验2，是采用同样体积的13％(wt％)的NaCl溶液代替10％(wt％)NaOH溶液，并在虹吸抽取上悬浮液后，先用5％(wt％)的磷酸氢二钠溶液将悬浮液调节至pH在8.5左右，30分钟内变化不超过8.5±0.5的范围，其他操作同上述实施例1的方法，最终产品为290kg。同样条件下测试其他指标列于表1。

实施例2：

参照图(7)的工艺流程，在NaOH实施改性的过程中，同时加入5kg NaF作为改性助剂，其他操作方法同实施例1，所得最终产品为330kg。其改性膨润土的场发射扫描图片如图(6)所示，其他结果列于表1。

实施例3：

参照图(7)的工艺流程，经NaOH实施改性，用10％(wt％)的草酸溶液和5％(wt％)磷酸二氢钠回调pH到9.0，并维持30分钟不超过9.0±0.5的范围之后，加入1kgN(CH₂COOH)₃和平均分子量为44000～54000的商品聚乙烯吡咯烷酮，其他操作同实施例1，得最终产品330kg。产品测试结果列于表1。

表1、改性膨润土性能指标测试结果

试验	实施例1	实施例2	实施例3	对照1	对照2
试验	实施例1	实施例2	实施例3	对照1	对照2	改性剂	NaOH	NaOH	NaOH	Na₂CO₃	NaCl
改性助剂	——	NaF	——	——	——	改性剂	NaOH	NaOH	NaOH	Na₂CO₃	NaCl
改性助剂	——	NaF	——	——	——	聚合物表面活性剂	——	——	PVP	——	——
白度	82	84	79	77	76	聚合物表面活性剂	——	——	PVP	——	——
白度	82	84	79	77	76	粘度cp(5％分散液)	870	1100	1500	390	330
石英和方石英总量(wt％)	3.8	3.9	4.4	4.3	3.9	粘度cp(5％分散液)	870	1100	1500	390	330
石英和方石英总量(wt％)	3.8	3.9	4.4	4.3	3.9	pH(5％分散液)	9.36	8.50	9.24	10.60	8.35
水份(干燥失重)(wt％)	5	5	6	6	5	pH(5％分散液)	9.36	8.50	9.24	10.60	8.35

Claims

1.一种天然膨润土的改性方法，其特征在于：以天然膨润土矿物为原料，按以下步骤进行制备改性膨润土的改性方法：

(1)、对天然膨润土原矿进行干燥；

(2)、对干燥后的膨润土原矿进行粗碎；

(3)、将粗碎后的膨润土加水搅拌制浆，加pH调节剂控制浆液的pH值在5.0～7.5之间，以40～600rpm速度搅拌1～8小时，静置0.5～6小时，分离出上层悬浮液；

(4)、在搅拌下，加入强碱、改性助剂、pH调节剂、络合剂和聚合物表面活性剂对悬浮液进行改性；

(5)、将改性后的悬浮液进行离心分离，所得浆液经干燥、粉碎、密封包装即为最终产品；其中所述的：

a、pH调节剂至少是草酸、柠檬酸、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾、磷酸氢二钠、碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾的一种；

b、强碱至少是NaOH、KOH的一种；

c、改性助剂至少是NaF、NH₄F、KF的一种；

d、络合剂至少是EDTA、N(CH₂COOH)₃及其相应的钠盐和钾盐的一种；

e、聚合物表面活性剂至少是平均分子量不少于5000的聚α-乙烯基吡咯烷酮、α-乙烯基吡咯烷酮与苯乙烯共聚物、α-乙烯基吡咯烷酮与丙烯酸酯的共聚物的一种。

2.如权利要求1所述的一种天然膨润土的改性方法，其特征在于所述的对天然膨润土矿物进行干燥处理，使其水分含量不大于20％。

3.如权利要求1所述的一种天然膨润土的改性方法，其特征在于所述的干燥后的膨润土矿物粗碎粒度不大于5mm。

4.如权利要求1所述的一种天然膨润土的改性方法，其特征在于所述的膨润土制浆中在采用的固液重量比为1∶10～1∶4。

5.如权利要求1所述的一种天然膨润土的改性方法，其特征在于所述的静置后分离出的上层悬浮液，加入强碱改性时，pH控制在在11.5～13.5之间。

6.如权利要求1所述的一种天然膨润土的改性方法，其特征在于所述的强碱改性后的悬浮液，用pH调节剂调节pH到8～10之间。

7.如权利要求1所述的一种天然膨润土的改性方法，其特征在于所述的改性助剂的加入量不大于制浆所用的膨润土原矿干重的3.0％。

8.如权利要求1所述的一种天然膨润土的改性方法，其特征在于所述的聚合物表面活性剂的加入量不大于制浆所用的膨润土原矿干重的3.0％。

9.如权利要求1所述的一种天然膨润土的改性方法，其特征在于所述的络合剂的加入量是制浆所用的膨润土原矿干重的0.02～0.3％。

10.如权利要求1所述的一种天然膨润土的改性方法，其特征在于所述的经过改性和离心分离后的膨润土悬浮液的干燥温度为120～200℃。