自然界的膨润土(Bentonite)绝大部分为钙基膨润土。钙基膨润土较钠基膨润土性能差,所以生产厂常用人工钠化的方法将钙基膨润土改型为钠基膨润土。为了应用上的方便,便将钠基膨润土区分为在人工钠基膨润土和天然钠基膨润土。
目前,在应用上特别强调天然钠基膨润土主要是复合膨润土防水毡(GCL),认为人工钠基膨润土不如天然钠基膨润土,甚至认为人工钠基膨润土不可用于复合膨润土防水毡等,再加上近期一些工程使用“人工钠基膨润土(产品厂家不详)”而惨遭失败,就更加证据确凿。2004年9月22日在北京举办的“国外膨润土专题技术讲座”上,与会者在与意大利膨润土专家诺威利博士交流时,人工钠基膨润土和天然钠基膨润土的作用和区别又作为一个重要内容被摆在专家和学者的面前,这说明这个问题在膨润土行业的重要性。本人因工作的原因而接触过膨润土特别是人工钠基膨润土,有一些想法提出,意在抛砖引玉。
1 人工钠基膨润土和天然钠基膨润土是有区别的
钠基膨润土是根据蒙脱石层间可交换阳离子种类、含量来划分的,碱性系数大于或等于1的为钠基膨润土,小于1的为钙基膨润土。钠基膨润土也是相对而言的。
广义上讲,人工钠基膨润土和天然钠基膨润土是有区别的。这方面的数据很多:如由差热分析实验证明天然钠基膨润土的失效温度为638℃,钙基膨润土为316℃。人工钠基膨润土由于钠化条件不一,失效温度不一,但都低于天然钠基膨润土;天然钠基膨润土的膨胀力比人工钠基膨润土大;天然钠基膨润土比人工钠基膨润土c轴有序度高,晶粒较细,分散性强。
2 人工钠基膨润土一定可以代替天然钠基膨润土
钠基膨润土一般钠基膨润土较之钙基或镁基膨润土的物理化学性质和工艺技术性能优越。主要表现在:吸水速度慢,但吸水率和膨胀倍数大;阳离子交换量高;在水介质中分散性好,胶质价高;它的胶体悬浮液触变性、粘度、润滑性好,pH值高;热稳定性好;有较高的可塑性和较强的粘结性;热湿拉强度和干压强度高。所以钠基膨润土的使用价值和经济价值较高。人工钠基膨润土的理化性能除取决于它所含的蒙脱石种类和含量外,还取决于人工钠化的方法和人工钠化程度。目前已知的人工钠化途径有悬浮液法、堆场钠化法、轮辗钠化法、挤压钠化法、双螺旋钠化法、超临界处理法、雷蒙磨法等。但一些厂家仅采用堆场钠化法,导致生产出的产品质量不一。这样的“人工钠基膨润土”当然是不可用于复合膨润土防水毡上的,如采用肯定是要吃苦头的。但过早下人工钠基膨润土不可用于复合膨润土防水毡等方面的结论有些武断。关键要有标准来把关。目前,国内复合膨润土防水毡用膨润土也引用膨胀力的指标,按这一指标来要求,不仅一些“人工钠基膨润土”不合格,也不是所有的天然钠基膨润土都符合要求。
目前市售的人工钠基膨润土质量不一,影响人工钠基膨润土的应用信誉。从此观点来看,人工钠基膨润土一定可以代替天然钠基膨润土。球团用膨润土使用人工钠基膨润土过程也可证明这一观点。最初球团用膨润土是使用天然钠基膨润土,后使用采用双螺旋混合挤压钠化法生产的人工钠基膨润土,性能达到甚至超过了天然钠基膨润土。目前在球团上应用不会有人认为人工钠基膨润土不如天然钠基膨润土吧?
自然界存在的膨润土绝大部分为钙基膨润土,世界膨润土资源钙基膨润土约占70~80%,我国膨润土90%为钙基膨润土,而且品位低占多数。膨润土矿石质量的一般工业要求以矿石中蒙脱石含量来衡量,边界品位≥ 40%,工业平均品位≥50%,蒙脱石含量小于上述指标的矿石就不称为膨润土了,但蒙脱石含量为30%-50%甚至更低的原矿总要利用,目前国内已有低品位的原矿经人工钠化处理可达到使用要求的例子,这说明了人工钠化技术的重要性。
目前人工钠化改型剂主要是Na2CO3,最近有些厂家用NaF作改型剂,用NaF作改型剂效果比Na2CO3好的多,但NaF有毒,用NaF作改型剂,不属于绿色化工。目前我国膨润土年产量已超过290万吨,人工钠基膨润土占78%,如全部用NaF作改型剂,按1%加入量就是2.26万吨,污染太大,且用NaF作改型剂人工钠基膨润土的毒理实验也未见报道。
3 人工钠基膨润土可满足更多应用要求
人工钠基膨润土可满足更多应用要求,天然钠基膨润土有局限性。
人工钠化干法和湿法技术都有发展。干法钠化技术现已增加微波法可干法提纯,技术先进。湿法钠化技术早已和提纯工艺相结合,是强化膨润土的工艺性能最重要的手段。膨润土的工业应用主要取决于蒙脱石的工艺性能,而蒙脱石的各种工艺性能又取决于其晶体结构、构造、化学组成、晶体化学性质等。与蒙脱石伴生的各种非目的矿物,劣化了矿石的工艺性能。提纯提高矿石中蒙脱石的质量分数,充分除去伴生的各种矿物,如石英、玻屑、沸石、方解石、长石、黄铁矿等,强化膨润土某些所需要的工艺性能。
人工钠化、人工提纯的钠基膨润土可满足纳米有机膨润土、功能性膨润土、蒙脱石干燥剂等更多领域应用要求。
作者简介:韩秀山(1963-),男,工学硕士,高级工程师,主要从事医药级蒙脱石、纳米蒙脱石、白陶土等项目研发及生产,现为浙江三鼎科技有限公司总工程师,全国非金属矿产品及制品标准化技术委员会委员,全国膨润土专家委员会委员。hxs388@126.com,13221596738/13221587688,QQ269300801
