人工钠化膨润土的实践与探讨

　　自然界地表存在的主要是钙基土，其次是钠基膨润土。膨润土结构层间吸附的可交换阳离子为Ca离子时，称为钙基膨润土，为Na离子时称为钠基膨润土。这两种膨润土在性能上有很大的差别，钠基膨润土的膨胀性、吸水性、粘性都要好于钙基膨润土。用无机钠盐（以Na2CO3为例）进行钙土人工钠化，置换出来的钙离子以沉淀物形式出现：
　　Ca+Na2CO3→ Na+CaCO3↓（产生沉淀）
       人工钠土适于冶金球团
　　钙蒙脱石经Na2CO3钠化后所产生的碳酸钙，它并没有离开膨润土，而呈极细小的碳酸钙微粒，有一定的活性，在一定条件下（如CO2存在或PH值稍下降……）会发生逆向反应，钙离子就交换钠离子重新进入蒙脱石层间，因此人工钠化土层间的钠离子是不太稳定的，长时间会“失效”，而冶金球团用膨润土时效很短。
       人工钠化膨润土的几种方法
　　 1、堆浸法
　　 2、砖机挤压法
　　 3、压球机挤压法
　　 4、磨机加碱法
        人工钠化土要选择钙基土原矿
　　并不是所有的钙基膨润土都能进行人工钠化，从晶体的角度看，结构稳定、缺陷较少、电荷较低的钙基膨润土不好钠化，（这种钙基土往往表现出良好的性能，如宣化立石膨润土）；晶体结构不稳定，缺陷较多，Fe2+、Mg2+等离子置换A13+比例较大，电荷较高的膨润土易于钠化，钠化后的性能明显提高。因为人工钠化是一种破坏原有结构的反应过程，原土缺陷越多，钠化过程越快，越容易。从表面上看，根据经验可以认为带色的膨润土钠化反应速度快，而白色的土钠化反应速度慢，甚至不反应，这也是因为带色的土离子置换比例大，电荷较高，而白色的土往往是结构稳定的膨润土。结构不稳定的膨润土钠化反应速度快，能适宜目前球团厂钠化工艺生产线，因为这是一条短流程生产线，没有长的反应过程，要求钠化反应速度快的膨润土作为原土。
        几种钠化方法的特点
　　堆浸法的特点是投资少、成本低、产量高、易操作，但受原料粒度、环境温度、保湿程度、混匀程度等影响钠化率波动很大。
　　砖机挤压法的特点是投资大、成本高、产量低、不易操作，难干燥等。但混匀程度高钠化率波动较小。
　　压球机挤压法的特点是投资较大、成本较高、产量高、混匀程度较高、易操作等。钠化率波动小。
　　磨机加碱法最简单、成本最低。但仅适于浆料用途。
       人工钠化膨润土的几个问题
        一、钠化要有足够的水
　　钠化是离子交换的化学反应，盐离子只有在水中才存在，所以没有足够的水是不可全反应的。
　　无水碳酸钠在水中的溶解度 单位：g/100g水
       
　　　溶盐必须是游离水，膨润土矿中结构水和分子水约10%左右是不参加溶盐的。 
         二、钠化要有足够的时间
　　　·堆浸法一般15天以上
　　　·砖机挤压法一般7天以上
　　　·压球机挤压法一般10天以上
　　　·磨机加碱法造浆后10小时以上
         三、钠化要有足够的温度
　　　·Na2CO3水化条件是10℃溶解度为12.5%，若加2%的纯碱需有16%的游离水，加上结构分子水，钠化矿含水需大于26%，压球就有些粘辊，所以料温低于10℃加2%以上的纯碱溶解不够而钠化度不够。
　　　·特别注意是料的温度要大于10℃，否则需多加水。仅提高碱水温度是不够的，若碱水温度加料温小于10℃碱要结晶成非离子的分子结构而不能钠化（上例）。
         四、钠化要有足够的碱量
　　　·不同的膨润土矿“吃”碱量是不同的，一般为2%—5%。
　　　·碱量不足或钠化度不高时，除胶质价、膨胀容等指标不高外，吸水率和吸水速度严重影响球团用土需求。
　　　·碱量不足或钠化度不高是极大浪费，因为碱也加了工也费了水还得干燥，而指标不高用户不好用，成本高价格低。
　　　·好方法是加足碱钠化好生产高指标土掺原矿调低指标，成本降低价格升高。
         五、钠化要有细的粒度
　　　·原矿粒度大则碱液不易进入矿体中，特别是矿粒表面钠化后抗渗防水性增强更不易钠离子水进入矿粒中。
            ·一般原矿粒度要求小于等于5毫米
　　　·大部分钙土原矿结晶粒度较小，而湿度大成膏状不易机械破碎，但干燥后易机械破碎或辗压破碎。
　　　·干燥后的原矿易细化粒度且水份少料温高，可加充分水化的碱液提高钠化率。
          六、钠化要有足够的压力
　　　·温度、压力、催化剂是提高化学反应速度的三要素，这是基本常识。
　　　·人工钠化膨润土的挤压工艺不但是为了提高反应速度，还有破碎大颗粒、破坏防水层、让离子水接触更多土粒的作用。
　　　·压力愈大作用愈大，特别是挤砖机挤压工艺开口愈大对土的压力愈小。
　　　·压球机工艺球窝不易太大，否则压力愈小。
         几种钠化方法的比较
　　　堆浸法的膨胀容在20—30ml/g
　　　压球机挤压法膨胀容在30—50ml/g
　　　砖机挤压法膨胀容在40—70ml/g
　　　磨机加碱法膨胀容在15—25ml/g
            堆浸法的膨胀容在20—30ml/g
　　　较好其指标高低取决于料温、碱液数量、原土粒度、混合均匀性
　　　·工艺是：原矿晒干后烘干机加温至料温30℃以上，喷洒20%—40%适合浓度的碱液（原矿需碱量2%—5%），用装载机翻堆2—3次，用塑料膜覆盖10—15天
　　　·该法适合环境温度≥20℃以上（最高温度）
        砖机挤压法膨胀容在40—70ml/g
　　　·其指标高低取决于料温和碱液数量。
　　　·较好工艺是：原矿晒干后烘干机加温至料温30℃以上，加20%—30%适合浓度的碱液（原矿需碱量2%—5%），用挤砖机挤压后堆存7—15天。
　　　·该法适合环境温度≥10℃以上（最高温度）或烘干制粉。
　　　·该法指标高、质量稳定、适应土质宽，缺点含水量大不易干燥。
        压球机挤压法膨胀容在30—50ml/g
　　　·其指标高低取决于料温和碱液数量。
　　　·较好工艺是：烘干机高温烘干原矿，至料温70℃以上，加15%左右适合浓度的碱液（原矿需碱量2%—3%），用压球机挤压后堆存7—15天。
　　　·该法适合环境温度≥10℃以上（最高温度）或烘干制粉。
　　　·该法指标高、质量稳定，缺点适应土质窄。
         磨机加碱法膨胀容在15—25ml/g
　　　·其指标高低取决于混合均匀性。
　　　·较好工艺是：在磨机入口加一小料仓（如可乐瓶），加原矿需碱量2%—5%。
　　　·该法方法简单成本低。缺点几乎事先未钠化，指标不高、质量不稳定。不适用球团干料法使用。 
         人工钠化膨润土的吸水率
　　　·是表观膨润土作为球团粘合剂的重要指标，数值愈大其“粘”性愈大。
　　　·不同球团生产工艺需要不同吸水率的钠土。
　　　·有润磨工艺，吸水时间大于2h（从配土到造球完成），应用一级品，可用土至1.0%以下。
　　　·有强混工艺，吸水时间大于1h，应用二级品，可用土至1.2%左右。
　　　·达不到以上工艺用三级品可用土至1.5%左右。
　　　·达不到三级品的钠土一般用土1.8%以上。
            
         一、几种原矿混合的问题
　　由于膨润土矿体一般比较小，多由个体人员开采竞争比较激烈，所以大部分膨润土企业是吃百家饭，又由于膨润土的理论研究不多，所以各企业在配矿上也不讲究。经我们多年实践发现：膨润土原矿“吃碱量”是不同的，而“吃碱量”不同的原矿有些混合配矿钠化后其技术指标1+1平均小于1，因此配矿要通过大量实验室实验才能确定，而不是有什么矿就吃什么矿。
　　　
         二、膨润土的活性问题
　　所谓活性原来是从溶液离子的活动度和酶的活性开始，上至高级生命系统和生理机构的功能活动都适用的一种极其概括的非专门术语。活性最初仅仅源于机能或作用（action）一词，但按各具体事例重新下定义后，才作为特定术语来应用。大致可分为两种情况：（1）与休止（resting）状态或无活（动）性（inactivity）相对应，仅在定性的意义上使用此词；（2）作为测定活动强度的尺度来下定义时使用此词。对赋予活性意义时，一般使用活性化或激活（activation）；在指去除活性时，则使用非活性化或失活（inactivation）等词。在刺激生理学中有关兴奋膜的反应性（reacti—vity），对不限于简单地被动去极化并伴有一定结构上的变换被看作是主动的（active）而不连续的反应，也用此词来称呼。活性是指具有能够顽强活跃下去的一种活动性质。
　　膨润土的活性来自于矿物受温度的影响和磨粉时的机械作用影响，人工钠化土还受离子交换带来的化学反应的影响，特别是时间的影响。反映到球团用户上就是粘结性的影响。
　　因此欲提高膨润土的活性，在人工钠化膨润土生产中一定要千方百计提高矿物的温度，它不仅可提高钠化速度，同时可提高活性即提高技术指标及用户的适用性。对于用户要使用现磨的土，让生产企业贮存原矿或钠化矿，磨出的土粉不宜长期存放，活性是按时间的平方下降的。
　　　
        三、膨润土产品的水份问题
　　许多球团企业按一般原料认为水份是冶金无效原料，所以要求膨润土企业尽量使产品的水份低些，甚至有的用户扣水份结帐。这是一个误区，膨润土是一种带水离子的复杂无机结构，结构中含水6%左右再加上表面分子水（机械力不可除水）应含水10%左右为膨润土性质水，去产品水份低于10%就不是膨润土了，而是硅铝酸岩土了（俗称石头土），在生产实践中12%水份球团最好用，检验指标亦高，14%水份比12%水份扬尘降低一半，检验指标变化不大，对于现场封闭不好的中小企业建议水份要求12%—14%。
膨润土的粒度问题
　　膨润土的基本自然化合颗粒是纳米级的，理论上是可用物理方法分开成纳米颗粒，因此膨润土在机械制粉上可生产极细粉沫，我们曾做过一个测试，13%的水份200目为95%的土，325目占83%，800目占46%，1200目占18%，比表面积10000，堆比重0.98，而11%的水份325目的土堆比重仅0.89。比表面积约15000。
　　所以对膨润土的粒度要求不是越细越好，越细加工成本越高，扬尘越大损失越大。一般做粘结剂用看被粘物料的比表面和用量，被粘物料细度越粗比表面积越小或者用量减少或者土的加工细度粗些。一般被粘物料的比表面积÷膨胀容=土的比表面积×用量。
         五、膨润土的指标问题
　　在膨润土国家标准审定会上，我提出了吸兰量在冶金球团应用是非线性关系，它是原矿的一种找矿指标，吸兰量越高矿越好，但是它不决定粘结性就好，所以国标将吸兰量定为型检，即在找矿时或定货时检一次，平常是不检更不是经济指标。
　　膨胀指数与膨胀容和胶质价基本相拟，膨胀指数检验费时费精力，人为误差大一些，人工钠土呈碱性，胶质价一克土样比膨胀容高一些，所以我们习惯于用膨胀容，它既克服了碱性干扰，又比膨胀指数省事精细准确。 （作者单位：宣化县宣治膨润土有限公司）