專(zhuān)利名稱(chēng)：用循環(huán)氯化鈉法鈉化鈣基膨潤(rùn)土的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種膨潤(rùn)土的鈉化方法，具體是采用用循環(huán)氯化鈉法鈉化鈣基膨潤(rùn)土 的方法。
背景技術(shù)：
膨潤(rùn)土是一種廣泛應(yīng)用于建材、冶金化工、石油、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、輕工等行業(yè)的粘土 礦。它由兩層硅氧四面體中間夾一層鋁氧八面體構(gòu)成的2:1型層狀硅酸鹽礦物，由于結(jié)構(gòu) 體中的高價(jià)元素被低價(jià)元素置換導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體電荷失衡，因此層間需要吸附陽(yáng)離子來(lái)平衡電 荷。根據(jù)層間陽(yáng)離子種類(lèi)和含量可分為鈣基膨潤(rùn)土和鈉基膨潤(rùn)土。我國(guó)以及世界絕大多數(shù) 膨潤(rùn)土都屬于鈣基膨潤(rùn)土，由于鈉基膨潤(rùn)土性能優(yōu)于鈣基膨潤(rùn)土，因此鈣基膨潤(rùn)土鈉化改 型便成為該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。鈣基膨潤(rùn)土鈉化的工藝可概括為兩大類(lèi)干法和濕法。干法工藝鈉化的產(chǎn)品質(zhì)量 較濕法差，很難達(dá)到一級(jí)品的標(biāo)準(zhǔn)。濕法用水量大，但為了制備高品質(zhì)的鈉基膨潤(rùn)土或蒙皂 土產(chǎn)品，濕法鈉化仍然比較常見(jiàn)。常用的濕法鈉化劑包括碳酸鈉、氟化鈉、焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、氫氧化鈉、氯化 鈉、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。其中以鈉化過(guò)程產(chǎn)生沉淀而促進(jìn)鈉化的有括碳酸鈉、氟化鈉、焦磷酸 鈉、三聚磷酸鈉等。這些鈉化劑鈉化效果最明顯，但因生成難溶物與膨潤(rùn)土混合難于分離導(dǎo) 致該方法產(chǎn)品質(zhì)量不高。陽(yáng)離子交換樹(shù)脂鈉化可避免雜質(zhì)的引入，但該方法所需礦漿濃度 低，為了固液充分接觸交換必須要不斷攪拌或者加熱，因此用水量大且高耗能，該方法難于 規(guī)?；a(chǎn)。氫氧化鈉作為鈉化劑由于它對(duì)膨潤(rùn)土具有腐蝕作用，因此它只是鈉化研究初 期一種嘗試而并無(wú)實(shí)際應(yīng)用意義。氯化鈉作為一種較碳酸鈉、氟化鈉、焦磷酸鈉、三聚磷酸 鈉等廉價(jià)的鈉化劑，它是眾多鈉化相關(guān)文獻(xiàn)常提到的對(duì)比試劑，由于氯化鈉和其他試劑鈉 化機(jī)理不同，若采用常規(guī)方法和常用量鈉化達(dá)不到鈉化效果，這也是眾多文獻(xiàn)得出氯化鈉 鈉化效果較之很差而不被使用的原因。王琳等在微波高溫條件下用氯化鈉和50%乙醇鈉化 可得到鈉基膨潤(rùn)土，王建旭等在較高濃度的氯化鈉存在下80°C水浴鈉化，得到較好的鈉化 效果，以上兩種方法均在非室溫條件下操作，相比之下能耗高，不利于工業(yè)化實(shí)施。更重要 的一點(diǎn)鈉化劑使用效率很低，由此造成試劑大量損失?；谝陨锨闆r，本發(fā)明在研究各種鈉化方法鈉化機(jī)理后，采用廉價(jià)的氯化鈉為鈉 化劑，在高濃度氯化鈉存在下，以較強(qiáng)的傳質(zhì)方式交換層間的鈣離子。由于氯化鈉是強(qiáng)電解 質(zhì)，在其較高濃度條件下，使膨潤(rùn)土結(jié)構(gòu)電荷有序化，暫時(shí)破壞了原來(lái)“工”字結(jié)構(gòu)改變某些 性質(zhì)如吸水性、膨脹性、粘性等，因此礦漿濃度較之其他方法可明顯提高，而用水量大大減 少達(dá)到省水目的，同時(shí)使脫水變得更為容易。由于鈉化劑實(shí)際用量很少，大部分存留在溶液 中，因此本發(fā)明采用鈉化液循環(huán)使用的工藝排除試劑和水的損耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的。該 方法與其他濕法相比除了操作性強(qiáng)外更重要的是大大降低了成本易于工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于，提供一種用循環(huán)氯化鈉法鈉化鈣基膨潤(rùn)土的方法。該方法采用 高濃度氯化鈉為鈉化劑將鈣基膨潤(rùn)土改型成鈉基膨潤(rùn)土。由于鈉化過(guò)程中起鈉化作用的氯 化鈉量很少，經(jīng)過(guò)固液分離后，絕大部分氯化鈉存留在分離的液體中，因此可將氯化鈉濃度 仍然很高的清液作為鈉化液繼續(xù)循環(huán)使用。直到鈉化液中的氯化鈉的濃度低于4%以后，將 其除去鈣離子補(bǔ)充氯化鈉繼續(xù)使用。該方法操作過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低且易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明所述的用循環(huán)氯化鈉法鈉化鈣基膨潤(rùn)土的方法，按下列步驟進(jìn)行一種用循環(huán)氯化鈉法鈉化鈣基膨潤(rùn)土的方法，按下列步驟進(jìn)行a、取鈣基膨潤(rùn)土粉碎，過(guò)篩100-200目后，加入到鈉化溶液中制備得到5% -25% 的礦漿，攪拌15-60min使固體均勻分散在溶液中，靜置鈉化30-120min后按常規(guī)方法進(jìn)行 固液分離得到循環(huán)液和固體；b、將步驟a中的固體加入自來(lái)水制成質(zhì)量百分比濃度為5%-20%的礦漿，攪拌均 勻后，按常規(guī)方法進(jìn)行固液分離得到清液和鈉化土，再將鈉化土按常規(guī)方法烘干粉碎即可 得到鈉基膨潤(rùn)土。步驟a中鈉化溶液為直接用自來(lái)水配制的質(zhì)量濃度為5% -25%氯化鈉水溶液；步驟a中循環(huán)液作為鈉化溶液重復(fù)使用。循環(huán)液中的氯化鈉濃度低于4%時(shí)，需要進(jìn)行補(bǔ)充氯化鈉，使氯化鈉質(zhì)量濃度為 5% -25%后再繼續(xù)循環(huán)使用。步驟a中氯化鈉水溶液每循環(huán)使用3次需要除鈣處理。步驟b中清液作為替代步驟b中的自來(lái)水，循環(huán)使用2次后，用做補(bǔ)充循環(huán)液在循 環(huán)使用過(guò)程中的損耗。本發(fā)明所述的用循環(huán)氯化鈉法鈉化鈣基膨潤(rùn)土的方法，其特點(diǎn)為鈉化劑來(lái)源廣，價(jià)格較之其他低廉。鈉化劑循環(huán)使用，避免損耗，大大降低生產(chǎn)成本。節(jié)能減排。工藝中鈉化液以及洗滌固體的清液均得到循環(huán)使用，大大降低了水的 使用量，達(dá)到節(jié)能減排目的。鈉化效果明顯，膨脹容從十幾提高八十多，可交換鈣下降60-80%，堿性系數(shù)均大 于1。


圖1為本發(fā)明鈉化工藝2鈉化前后XRD圖，圖中1、2、3、4分別為鈣基膨潤(rùn)土 ；實(shí)施例3得到的鈉基膨 潤(rùn)土 ；實(shí)施例5得到的鈉基膨潤(rùn)土 ；實(shí)施例6得到的鈉基膨潤(rùn)土。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1稱(chēng)取鈣基膨潤(rùn)土(膨脹容11. 0ml/g,可交換鈣98. 4mmol/100g,可交換鈉 0. 34mmol/100g，)5g粉碎，過(guò)篩100目后，加入25ml用自來(lái)水配制的初始質(zhì)量濃度為5%的 氯化鈉溶液中，攪拌60min使固體均勻分散在溶液中，靜置鈉化30min按常規(guī)方法進(jìn)行固液
4離心分離得到循環(huán)液和固體；將固體加入40ml自來(lái)水制成質(zhì)量百分比濃度為10%的礦漿，攪拌均勻后，按常規(guī) 方法進(jìn)行固液分離得到清液和鈉化土，再將鈉化土按常規(guī)方法烘干粉碎即可得到鈉基膨潤(rùn) 土。采用中華人民共和國(guó)建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 593-1995《膨潤(rùn)土試驗(yàn)方法》測(cè)得膨脹容 為83. 5ml/g，可交換鈣20. 29mmol/100g，可交換鈉78. 53mmol/100g，計(jì)算堿性系數(shù)大于1。實(shí)施例2稱(chēng)取鈣基膨潤(rùn)土 5g粉碎，過(guò)篩150目后，加入20ml質(zhì)量濃度為15%的氯化鈉溶 液，攪拌30min使固體均勻分散在溶液中，靜置鈉化45min后按常規(guī)方法進(jìn)行固液離心分離 得到循環(huán)液和固體；將固體加入15ml自來(lái)水制成質(zhì)量百分比濃度為20%的礦漿，攪拌均勻后，按常規(guī) 方法進(jìn)行固液分離得到清液和鈉化土，再將鈉化土按常規(guī)方法烘干粉碎即可得到鈉基膨潤(rùn) 土，測(cè)得膨脹容為84ml/g，堿性系數(shù)大于1。實(shí)施例3稱(chēng)取鈣基膨潤(rùn)土 5g粉碎，過(guò)篩200目后，加入15ml質(zhì)量濃度25%的氯化鈉溶液， 攪拌15min使固體均勻分散在溶液中，靜置鈉化120min后按常規(guī)方法進(jìn)行固液離心分離得 到循環(huán)液和固體；將固體加入90ml自來(lái)水制成質(zhì)量百分比濃度為5%的礦漿，攪拌均勻后，按常規(guī) 方法進(jìn)行固液分離得到清液和鈉化土，再將鈉化土按常規(guī)方法烘干粉碎即可得到鈉基膨潤(rùn) 土，測(cè)得膨脹容為84ml/g，堿性系數(shù)大于1。實(shí)施例4稱(chēng)取鈣基膨潤(rùn)土 5g粉碎，過(guò)篩100目后，加入實(shí)施例1中得到的循環(huán)液，攪拌 45min使固體均勻分散在溶液中，靜置鈉化60min后按常規(guī)方法進(jìn)行固液離心分離得到循 環(huán)液和固體；將固體加入實(shí)施例1中得到的清液，攪拌均勻后，按常規(guī)方法進(jìn)行固液分離得到 清液和鈉化土，再將鈉化土按常規(guī)方法烘干粉碎即可得到鈉基膨潤(rùn)土，膨脹容為85ml/g，堿 性系數(shù)大于1。實(shí)施例5稱(chēng)取鈣基膨潤(rùn)土 5g粉碎，過(guò)篩200目后，加入實(shí)施例4中得到的循環(huán)液，攪拌 35min使固體均勻分散在溶液中，靜置鈉化90min后按常規(guī)方法進(jìn)行固液離心分離得到循 環(huán)液和固體；將固體加入實(shí)施例4中得到的清液，攪拌均勻后，按常規(guī)方法進(jìn)行固液分離得到 清液和鈉化土，再將鈉化土按常規(guī)方法烘干粉碎即可得到鈉基膨潤(rùn)土，膨脹容為69ml/g，堿 性系數(shù)大于1。實(shí)施例6將實(shí)施例5中的循環(huán)液加入碳酸鈉或者通入二氧化碳用于除鈣處理，離心分離， 上層液與實(shí)施例5中清液合并用做補(bǔ)充循環(huán)液在循環(huán)使用的損耗，然后加入0. 6g氯化鈉， 使其質(zhì)量濃度為5%的氯化鈉溶液；稱(chēng)取鈣基膨潤(rùn)土5g粉碎，過(guò)篩150目后，加入到配制的質(zhì)量濃度為5%的氯化鈉溶
5液中，攪拌20min使固體均勻分散在溶液中，靜置鈉化IOOmin后按常規(guī)方法進(jìn)行固液離心 分離得到循環(huán)液和固體； 將固體加入自來(lái)水制成質(zhì)量百分比濃度為20%的礦漿，攪拌均勻后，按常規(guī)方法 進(jìn)行固液分離得到清液和鈉化土，再將鈉化土按常規(guī)方法烘干粉碎即可得到鈉基膨潤(rùn)土， 膨脹容為89ml/g，堿性系數(shù)大于1。
權(quán)利要求
一種用循環(huán)氯化鈉法鈉化鈣基膨潤(rùn)土的方法，其特征在于按下列步驟進(jìn)行a、取鈣基膨潤(rùn)土粉碎，過(guò)篩100 200目后，加入到鈉化溶液中制備得到5％ 25％的礦漿，攪拌15 60min，使固體均勻分散在溶液中，靜置鈉化30 120min后按常規(guī)方法進(jìn)行固液分離得到循環(huán)液和固體；b、將步驟a中的固體加入自來(lái)水制成質(zhì)量百分比濃度為5％ 20％的礦漿，攪拌均勻后，按常規(guī)方法進(jìn)行固液分離得到清液和鈉化土，再將鈉化土按常規(guī)方法烘干粉碎即可得到鈉基膨潤(rùn)土。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟a中鈉化溶液為直接用自來(lái)水配制的 質(zhì)量濃度為5% -25%氯化鈉水溶液；
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的方法，其特征在于步驟a中循環(huán)液作為鈉化溶液重復(fù)使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于步驟a中循環(huán)液中的氯化鈉濃度低于4% 時(shí)，需要進(jìn)行補(bǔ)充氯化鈉，使氯化鈉質(zhì)量濃度為5% -25%后再繼續(xù)循環(huán)使用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的方法，其特征在于步驟a中氯化鈉水溶液每循環(huán)使用3次 需要除鈣處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟b中清液作為替代步驟b中的自來(lái)水， 循環(huán)使用2次后，用做補(bǔ)充循環(huán)液在循環(huán)使用過(guò)程中的損耗。全文摘要
本發(fā)明涉及一種用循環(huán)氯化鈉法鈉化鈣基膨潤(rùn)土的方法。該方法采用氯化鈉為鈉化劑，在其濃度較高情況下通過(guò)傳質(zhì)交換膨潤(rùn)土層間鈣離子達(dá)到鈉化目的。由于只有很少部分氯化鈉參與鈉化，固液分離后絕大部分留存在溶液中，因此可將分離的液體重新用在下一批鈣基膨潤(rùn)土的鈉化中，由此可根據(jù)初始氯化鈉濃度大小循環(huán)使用若干次后，通過(guò)除鈣補(bǔ)充氯化鈉繼續(xù)使用。氯化鈉為強(qiáng)電介質(zhì)，在其濃度很高條件下可使原膨潤(rùn)土結(jié)構(gòu)電荷有序化，暫時(shí)降低膨潤(rùn)土粘度從而便于在較高礦漿濃度下進(jìn)行攪拌、脫水等操作。本方法采用循環(huán)氯化鈉法，具有成本低廉、節(jié)約用水、操作簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B33/40GK101913617SQ20101022747
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者王娟芳, 王曉軍, 郭新鋒, 黎艷 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所