
膨潤土的組成
膨潤土是以蒙脫石為主要礦物成分的非金屬礦產。蒙脫石具備特殊的2:1型晶體結構,由兩個硅氧四面體夾一層鋁氧八面體構成,這種獨特結構賦予膨潤土眾多特殊性能。
- 化學成分:其化學組成較為繁雜,涵蓋多種元素。如(Na,Ca)0.33(Al,Mg,Fe)2[(Si,Al)4O10](OH)2?nH2O(蒙脫石),具體分析值為:Al?O?含量達16.54% ,它對膨潤土化學活性和物理性質影響重大,在一些化學反應里,氧化鋁能參與反應,改變膨潤土性能;FeO占0.26%,雖含量相對較少,但在特定環境下,如氧化還原條件變化時,亞鐵離子可能被氧化,進而對膨潤土顏色、吸附性能等產生一定影響;SiO?含量為50.95%,是膨潤土主要成分之一,硅氧四面體結構的穩定性決定了膨潤土基本物理架構;Fe?O?占1.36%,三價鐵離子的存在會影響膨潤土顏色,使其可能呈現不同程度的紅褐色;MgO占4.65%,鎂離子在蒙脫石結構中占據一定位置,對結構穩定性和離子交換性能有影響;CaO占2.26%,鈣離子可參與離子交換反應,影響膨潤土的水化性能和膨脹性;K?O占0.47% ,鉀離子的存在也會對膨潤土的離子交換和電化學性質產生作用;H?O占23.29%,水在膨潤土中以多種形式存在,包含結晶水、吸附水等,水含量直接影響膨潤土的膨脹性、可塑性和分散性等。
- 雜質成分:除蒙脫石主要成分外,膨潤土中還可能含有少量石英、長石、云母等雜質礦物,這些雜質的含量和種類會因膨潤土礦產地不同而有所差異,它們會在一定程度上影響膨潤土的純度和應用性能。例如,石英含量過高可能降低膨潤土的可塑性,影響其在鑄造、陶瓷等領域的應用效果。
膨潤土的分類
膨潤土的層間陽離子種類是決定其類型的關鍵因素,基于此可分為以下幾類:
- 鈉基膨潤土:層間陽離子為Na?。它具有良好的親水性和膨脹性,在水中能迅速分散并形成高粘度的膠體溶液,膨脹倍數通常可達10 - 30倍,甚至更高。這使得鈉基膨潤土在鉆井泥漿中應用廣泛,能有效提高泥漿的懸浮性和護壁性能,防止井壁坍塌;在鑄造行業中,鈉基膨潤土復用性好,濕壓強度高,可有效減少鑄件的缺陷,提高鑄件質量;在污水處理中,它的強吸附性可以去除水中的重金屬離子和有機污染物。
- 鈣基膨潤土:層間陽離子為Ca2?。相較于鈉基膨潤土,鈣基膨潤土的親水性和膨脹性較弱,但其耐熱性較好。在一些對溫度有要求的應用場景,如冶金球團中,鈣基膨潤土可以作為粘結劑,在高溫下使球團保持一定強度;在建筑行業的某些隔熱材料中,也可利用其耐熱特性,提升材料的性能。不過,由于其性能特點,鈣基膨潤土在水中的分散性和造漿性能不如鈉基膨潤土,在一些對泥漿性能要求較高的鉆井作業中應用相對較少。
- 氫基膨潤土:層間陽離子為H?,又被稱作活性白土、天然漂白土 - 酸性白土。它具有較強的酸性和吸附性,在油脂脫色領域應用廣泛。例如在食用油精煉過程中,活性白土可以吸附油脂中的色素、磷脂、膠質等雜質,使油脂得到凈化和脫色,提高油脂的品質和穩定性;在一些化工產品的精制過程中,也可利用其吸附性能去除雜質和異味 。氫基膨潤土的制備通常是通過對天然膨潤土進行酸化處理,使其層間陽離子轉化為氫離子,從而獲得特殊的吸附和催化性能。
- 有機膨潤土:層間陽離子為有機陽離子。它是通過天然膨潤土與有機陽離子進行離子交換反應制備而成,這種改性使膨潤土具有親油性。有機膨潤土在有機溶劑中具有良好的分散性和增稠性,常被用于涂料、油墨、潤滑脂等領域。在涂料中,有機膨潤土可以作為防沉劑和增稠劑,防止顏料沉淀,改善涂料的儲存穩定性和施工性能;在潤滑脂中,它能提高潤滑脂的稠度和耐高溫性能,增強潤滑效果。
膨潤土的應用與市場規模
據不完全統計,中國膨潤土產品年產銷量約270萬噸。其應用領域廣泛,在不同行業發揮著重要作用:
- 鑄造型砂:約100 - 110萬噸用于鑄造型砂。在鑄造過程中,膨潤土作為型砂的粘結劑,能使砂粒緊密結合,保證砂型的強度和穩定性,從而確保鑄件的尺寸精度和表面質量,防止鑄件出現砂眼、氣孔等缺陷。
- 鉆井泥漿:大概70萬噸用于鉆井泥漿。在石油、天然氣等鉆井作業中,膨潤土制成的泥漿可起到護壁、懸浮鉆屑、冷卻鉆頭等作用。優質的膨潤土泥漿能夠有效防止井壁坍塌,確保鉆井過程順利進行。
- 冶金球團:有45萬噸應用于冶金球團。在冶金行業,膨潤土用作球團礦的粘結劑,有助于提高球團礦的強度和冶金性能,滿足高爐煉鐵等工藝對原料的要求,提升冶煉效率。
- 油脂脫色:約20萬噸用于油脂脫色(活性白土)。利用其吸附性能,去除油脂中的色素和雜質,實現油脂的脫色和精制,提高油脂的商品價值和食用安全性。
- 其他領域:剩余20 - 30萬噸用于其他領域,如在建筑行業用于防水、堵漏材料;在農業中用于土壤改良、保水保肥;在環保領域用于處理污水、吸附有害氣體等 。
目前,膨潤土行業呈現出企業規模小(年產萬噸以上的企業屈指可數)、技術水平低的特點。由于是資源型行業,競爭相對不是很劇烈,且產銷量與價格均逐年上升。







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