膨潤土
| 膨潤土 |
膨潤土是以蒙脫石為主要礦物成分的非金屬礦產，蒙脫石結構是由兩個硅氧四面體夾一層鋁氧八面體組成的2:1型晶體結構 ，由於蒙脫石晶胞形成的層狀結構存在某些陽離子，如Cu、Mg、Na、K等，且這些陽離子與蒙脫石晶胞的作用很不穩定，易被其它陽離子交換，故具有較好的離子交換性。國外已在工農業生產24個領域100多個部門中應用，有300多個產品,因而人們稱之為"萬能土"。
膨潤土也叫斑脫岩，皂土或膨土岩。我國開發使用膨潤土的歷史悠久，原來只是做為一種洗滌劑。(四川仁壽地區數百年前就有露天礦，當地人稱膨潤土為土粉)。真正被廣泛使用卻只有百來年歷史。美國最早發現是在懷俄明州的古地層中，呈黃綠色的粘土，加水後能膨脹成糊狀，後來人們就把凡是有這種性質的粘土，統稱為膨潤土。其實膨潤土的主要礦物成分是蒙脫石，含量在85-90%，膨潤土的一些性質也都是由蒙脫石所決定的。蒙脫石可呈各種顏色如黃綠、黃白、灰、白色等等。可以成緻密塊狀，也可為鬆散的土狀，用手指搓磨時有滑感，小塊體加水後體積脹大數倍至20-30倍，在水中呈懸浮狀，水少時呈糊狀。蒙脫石的性質和它的化學成分和內部結構有關。
目錄
基本信息
外文名； bentonite
別名； 膨土岩；皂土；斑脫岩
沸點； 381.8°C at 760 mmHg
CAS號； 1302-78-9
簡介
膨潤土是以蒙脫石為主要礦物成分的非金屬礦產，蒙脫石結構是由兩個硅氧四面體夾一層鋁氧八面體組成的2:1型晶體結構 ，由於蒙脫石晶胞形成的層狀結構存在某些陽離子，如Cu、Mg、Na、K等，且這些陽離子與蒙脫石晶胞的作用很不穩定，易被其它陽離子交換，故具有較好的離子交換性。國外已在工農業生產24個領域100多個部門中應用，有300多個產品,因而人們稱之為"萬能土"。
膨潤土也叫斑脫岩，皂土或膨土岩。我國開發使用膨潤土的歷史悠久，原來只是做為一種洗滌劑。(四川仁壽地區數百年前就有露天礦，當地人稱膨潤土為土粉)。真正被廣泛使用卻只有百來年歷史。美國最早發現是在懷俄明州的古地層中，呈黃綠色的粘土，加水後能膨脹成糊狀，後來人們就把凡是有這種性質的粘土，統稱為膨潤土。其實膨潤土的主要礦物成分是蒙脫石，含量在85-90%，膨潤土的一些性質也都是由蒙脫石所決定的。蒙脫石可呈各種顏色如黃綠、黃白、灰、白色等等。可以成緻密塊狀，也可為鬆散的土狀，用手指搓磨時有滑感，小塊體加水後體積脹大數倍至20-30倍，在水中呈懸浮狀，水少時呈糊狀。蒙脫石的性質和它的化學成分和內部結構有關。
分類
層間陽離子為Na+時稱 鈉基膨潤土;層間陽離子為Ca2+時稱鈣基膨潤土;層間陽離子為H+時稱氫基膨潤土(活性白土、天然漂白土-酸性白土);層間陽離子為有機陽離子時稱有機膨潤土。
活性白土
活性白土是用粘土(主要是膨潤土)為原料，經無機酸化處理，再經水漂洗、乾燥製成的吸附劑，外觀為乳白色粉末，無臭，無味，無毒，吸附性能很強，能吸附有色物質、有機物質。在空氣中易吸潮，放置過久會降低吸附性能。但是，加熱至300攝氏度以上便開始失去結晶水，使結構發生變化，影響褪色效果。活性白土不溶於水、有機溶劑和各種油類中，幾乎完全溶於熱燒鹼和鹽酸中，相對密度2.3~2.5，在水及油中膨潤極小。
天然漂白土
即天然產出的本身就具有漂白性能的白土，是以蒙脫石、鈉長石、石英為主要組分的白色、白灰色粘土，是膨潤土的一種。
主要是玻璃質火山岩分解後的產物，它吸水後不膨脹、懸浮液的pH值為弱酸性與鹼性膨潤土相區別;其漂白性能比活性白土差。顏色一般有淡黃色、綠白色、灰色、檄欖色、褐色、奶白色、桃紅色、藍色等。純白色的很少。密度2.7-2.9g/cm。視密度由於多孔性關係而常常較低。化學成分和普通粘土差不多，主要化學成分是三氧化二鋁、二氧化硅、水及少量鐵、鎂、鈣等。無可塑性，有較高吸附性。因含大量含水硅酸，對石蕊呈酸性。水中易裂解，含水量很大。一般細度越細則脫色力越高。
在勘探階段進行質量評價時，需測定其漂白性能、酸度、過濾性能、吸油量等項目
有機膨潤土
有機膨潤土是一種無機礦物/有機銨複合物，以膨潤土為原料，利用膨潤土中蒙脫石的層片狀結構及其能在水或有機溶劑中溶脹分散成膠體級粘粒特性，通過離子交換技術插入有機覆蓋劑而製成的。有機膨潤土在各類有機溶劑、油類、液體樹脂中能形成凝膠，具有良好的增稠性、觸變性、懸浮穩定性、高溫穩定性、潤滑性、成膜性，耐水性及化學穩定性，在塗料工業中有重要的應用價值。在油漆油墨、航空、冶金、化纖、石油等工業中也有廣泛的應用。
膨潤土礦
膨潤土礦是一種多種用途的礦產，其質量和應用領域主要取決於其中蒙脫石含量和屬性類型及其晶體化學特性。因而，其開發利用必須因礦而異，因作用而異。如生產活性白土，鈣基轉鈉基，供石油鑽探用的鑽井注漿，代替澱粉用於紡紗、印染的漿料，建材上用內外牆塗料,製備有機膨潤土,用膨潤土合成4A沸石、生產白炭黑等等。
鈣基和鈉基區別
膨潤土的層間陽離子種類決定膨潤土的類型，層間陽離子為Na+時稱鈉基膨潤土;層間陽離子為Ca+時稱鈣基膨潤土.鈉質蒙脫石(或鈉膨潤土)的性質比鈣質的好。但世界上鈣質土的分布遠廣於鈉質土，因此除了加強尋找鈉質土外就是要對鈣質土進行改性，使它成為鈉質土。
性質
簡述
膨潤土是一種黏土岩、亦稱蒙脫石黏土岩、常含少量伊利石、高嶺石、埃洛石、綠泥石、沸石、石英、長石、方解石等;一般為白色、淡黃色，因含鐵量變化又呈淺灰、淺綠、粉紅、褐紅、磚紅、灰黑色等;具蠟狀、土狀或油脂光澤;膨潤土有的鬆散如土，也有的緻密堅硬。主要化學成分是二氧化硅、三氧化二鋁和水，還含有鐵、鎂、鈣、鈉、鉀等元素，Na2O和CaO含量對膨潤土的物理化學性質和工藝技術性能影響頗大。蒙脫石礦物屬單斜晶系，通常呈土狀塊體，白色，有時帶淺紅、淺綠、淡黃等色。光澤暗淡。硬度1~2，密度2~3g/cm3。按蒙脫石可交換陽離子的種類、含量和層間電荷大小，膨潤土可分為鈉基膨潤土(鹼性土)、鈣基膨潤土(鹼土性土)、天然漂白土(酸性土或酸性白土)，其中鈣基膨潤土又包括鈣鈉基和鈣鎂基等。膨潤土具有強的吸濕性和膨脹性，可吸附8~15倍於自身體積的水量，體積膨脹可達數倍至30倍;在水介質中能分散成膠凝狀和懸浮狀，這種介質溶液具有一定的黏滯性、觸變性和潤滑性;有較強的陽離子交換能力;對各種氣體、液體、有機物質有一定的吸附能力，最大吸附量可達5倍於自身的重量;它與水、泥或細沙的摻和物具有可塑性和黏結性;具有表面活性的酸性漂白土(活性白土、天然漂白土-酸性白土)能吸附有色離子。
吸附性
吸附是所有固體物質存在的自然現象。我們將某些分子聚集在膨潤土表面的現象，稱為膨潤土的吸附作用。這種吸附作用在工業上得到了廣泛應用。如鑽井泥漿經常利用膨潤土礦物的吸附特性來調整不同使用目的的泥漿參數，如添加降濾失劑，就是通過高分子聚合物一端吸附在膨潤土顆粒表面，另一端溶於水使膨潤土顆粒和水分子之間產生了一種間接的聯繫。形成了一種橋聯作用，減少了泥漿中的自由水，改變了泥漿的性能參數，達到降低濾失率的目的。
膨潤土吸附可以分為物理吸附、化學吸附和離子交換吸附三種類型。
l)物理吸附。物理吸附是靠吸附劑與吸附質之間分子間引力產生的，即我們常說的范德華力產生的。物理吸附是一種可逆的吸附過程，吸附速度與脫附速度在一定條件下呈動態平衡。產生物理吸附的主要原因是膨潤土表面分子其有表面能。由於膨潤土在水中高度分散，物理吸附現象十分明顯。
2)化學吸附。化學吸附是靠吸附劑與吸附質之間的化學鍵力而產生的，化學吸附作用一般不可逆。在鑽井泥漿中應用化學處理劑就是化學吸附作用的典型例子，如鐵鉻木質素磺酸鹽加入到膨潤土泥漿中就是利用鉻離子在膨潤土晶體的邊緣上發生整合吸附。這種化學吸附作用明顯比物理吸附作用要穩定。因此用鐵鉻木質素磺酸鹽處理的膨潤土泥漿具有較高的抗溫能力，可作為地熱和超深井的抗高溫泥漿體系。
3)離子交換吸附。膨潤土礦物晶體一般帶負電荷，因此在膨潤土顆粒表面要吸附等當量的相反電荷的陽離子。吸附的陽離子可以和溶液中的陽離子發生交換作用，這種作用稱為離子交換吸附。離子交換吸附的特點是:同號離子相互交換，等電量相互交換。離子交換吸附的反應是可逆的，吸附和脫附的速度受離子濃度的影響，這種影響符合質量作用定律。
影響膨潤土礦物吸附作用的因素是:
1)膨潤土類型的影響。鈉質膨潤土的吸附能力明顯比鈣質等其他類型的膨潤土礦物吸附能力強。
2)膨潤土顆粒粉碎粒度大小的影響。根據固體吸附的理論，進行粉碎的膨潤土礦物的吸附能力明顯提高，粉碎礦物越細，吸附作用越強。
3)溶液介質的影響。根據雙電層理論，膨潤土礦物晶體帶負電，在形成雙電層時會進行離子交換。如果溶液中離子濃度過高會壓縮膨潤土顆粒雙電層，抑制膨潤土的分散和擴散，甚至使膨潤土產生凝聚和聚結。
膨脹性
膨潤土遇水就膨脹，這種自然現象產生的主要原因是膨潤土礦物晶層間距加大，水分子進入了礦物的晶層，另外引起膨潤土膨脹的原因還有膨潤土礦物的陽離子交換作用。膨脹性與膨潤土的屬性和蒙脫石含量關係極大，鈉質膨潤土的膨脹性明顯比鈣質膨潤土要強，另外純度較高、蒙脫石含量高的膨潤土的膨脹性要強。因此，在實際應用時，如果我們主要想利用膨潤土礦物的膨脹性，那麼我們在考慮膨潤土礦物的種類時首先要選擇鈉質膨潤土礦，其次要考慮蒙脫石含量高的鈉質膨潤土。在機械鑄造和鐵礦球團工作中，對膨脹性要求較高。大量的鈣質膨潤土質，達不到使用要求，因此在使用前需要對鈣質膨潤土進行改性處理。
鈉質膨潤土的分散程度較鈣質膨潤土高，鈉質膨潤土的吸水率高、膨脹倍數大。鈉質膨潤土和鈣質膨潤上吸水膨脹產生不同結果的原因是:
1)陽離子可以將膨潤土顆粒聯結在起，制約了膨潤土顆粒的分散。多價離子比一價離子電荷密度大，顆粒之間產生較強的靜電引力，使膨潤土顆粒聯結的能力強，因此鈣質膨潤土的分散能力比鈉質膨潤土要弱。
2)蒙脫石晶格置換產生的負電荷要吸附電性相反的離子來平衡溶液的電性。這些電性相反的離子是以水化離子形式存在於溶液當中，帶負電荷的蒙脫石顆粒吸附水化陽離子形成雙電層。雙電層的厚度與反離子價數的兩次方成反比，即陽離子價高，水化膜薄，膨脹倍數低;而陽離子價效低，水化膜厚，膨脹倍數高。
3)鈉質膨潤土晶層吸附水的厚度是三層，鈣質膨潤土晶層吸附水的厚度是四層。在極性水分子的作用下，由於靜電引力較小，鈉質膨潤土晶層之間可以產生較大的晶層間距，而鈣質膨潤土由於晶層間的朴電引力較大，極性水分子不易進入晶層之間，因此，鈣質膨潤土晶層間產生的距離明顯比鈉質膨潤土小，表現在鈣質膨潤土比鈉質膨潤土難於在水中分散、膨脹倍數低。實質上，蒙脫石的膨脹性受其化學成分控制，含鈉離子多的蒙脫石可以待續不斷地膨脹，直至成為一種凝膠狀態。含鈣離子多的蒙脫石只能從干操狀態到含水狀態膨脹是有限度的。我們在了解了影響膨潤上膨脹性的深層次的原因後，可以人為有效地控制膨潤土礦物的膨脹性能，使之達到最佳使用效果。
造漿性
造漿率是膨潤土顆粒在水中分散形成懸浮液，並且這種懸浮液的表觀粘度為15*10-3Ps·s時每噸膨潤土造漿的立方數是衡量膨潤土質量的一項重要指標，一般鈉質膨潤土的造漿性能比鈣質膨潤土要好。計其選漿率公式是:
造槳率(m3/t)=水的體積(mL)/土的質量(g)+1/土的密度一般在測試表觀粘度時配製表觀粘度在10~25(*10-3 Pa·s)範圍內三杯泥漿，經過攪拌靜止放置16h，再攪拌，測試粘度，然後在單對數坐標紙上標出三點的位置，進行連線，在坐標上求出表觀粘度為15*10-3 Pa·s時的加土量。
應用
蒙脫石的性質和層間的交換性陽離子種類有很大關係。根據層間主要交換性陽離子的種類，通常蒙脫石分為鈣蒙脫石和鈉蒙脫石。
蒙脫石有吸附性和陽離子交換性能，可用於除去食油的毒素、汽油和煤油的淨化、廢水處理;由於有很好的吸水膨脹性能以及分散和懸浮及造漿性，因此用於鑽井泥漿、阻燃(懸浮滅火);還可在造紙工業中做填料，可優化塗料的性能如附着力、遮蓋力、耐水性、耐洗刷性等;由於有很好的粘結力，可代替澱粉用於紡織工業中的紗線上漿既節糧，又不起毛，槳後還不發出異味，真是一舉雙得。
總的說，鈉質蒙脫石(或鈉膨潤土)的性質比鈣質的好。
膨潤土(蒙脫石)由於有良好的物理化學性能，可做淨化脫色劑、粘結劑、觸變劑、懸浮劑、穩定劑、充填料、飼料、催化劑等，廣泛用於農業、輕工業及化妝品、藥品等領域，所以蒙脫石是一種用途廣泛的天然礦物材料。
膨潤土可用來作防水材料，如膨潤土防水毯、膨潤土防水板及其配套材料，採用機械固定法鋪設。應用於PH值為4到10的地下環境，含鹽量較高的環境應採用經過改性處理的膨潤土，並應檢測合格後使用。
組成
1898年美國地質學者Knighl在美國懷俄明州落基山河附近發現了一種綠黃色吸水膨脹的粘土物質，由於產地為:" Fort Beton "，因而取名膨潤土(Betonite)。膨潤土也叫斑脫岩或膨土岩,膨潤土的主要礦物功效成分是蒙脫石，高品位的含量在85-90%，膨潤土的一些性質也都是由蒙脫石所決定的。
蒙脫石可呈各種顏色如黃綠、黃白、灰、白色等等。可以成緻密塊狀，也可為鬆散的土狀，用手指搓磨時有滑感，小塊體加水後體積脹大，在水中呈懸浮狀，水少時呈糊狀。蒙脫石有吸附性和陽離子交換性能，可用於除去石油的毒素、汽油和煤油的淨化、廢水處理。
發展現狀
勘探研究表明，我國膨潤土的儲量世界第一位，種類齊全，分布廣，遍布26個省市，產量和出口均居世界前列。據不完全統計，目前我國膨潤土年產量已超過350萬噸，而總儲量占世界總量的60%。到目前為止已累計探明儲量50.87億噸以上，保有儲量大於70億噸。
現已探明的100多個膨潤土礦產地主要集中分布於新疆、廣西、內蒙以及東北三省，其中新疆和布克賽爾蒙古自治縣境內的膨潤土礦儲量已突破23億噸，是目前已探明儲量的全國最大膨潤土礦區。據新疆地礦部門證實，和布克賽爾蒙古自治縣境內有7處膨潤土礦床，其中有4處大型礦床(烏蘭英格、日月雷、德侖山南和德侖山西南)。烏蘭英格礦區膨潤土礦地質儲量為5.728億噸，其中表內C-D級膨潤土礦儲量22948萬噸，表外D級儲量248萬噸，占全國同級膨潤土儲量的13.74%。日月雷礦區膨潤土礦地質儲量8億噸，德侖山南及德侖山西南膨潤土礦地質儲量分別為2.1億噸及0.8億噸。
專家估計，烏蘭英格地區膨潤土礦藏遠景儲量可望超過50億噸。廣西產地有寧明、田東、崇左、桂平、橫縣等處，蘊藏量最大的是寧明，達6.4億噸，其次是田東，達4000萬噸，總儲量超過11億噸。內蒙古的寧城、興和、霍林、固陽等地都有十分豐富的膨潤土礦，儲量最大是赤峰寧城，達10億噸以上。其餘分布於江蘇、四川(南充)河北、湖北、山東、安徽、浙江、江西、河南、陝西和甘肅等省(區)。可見，膨潤土礦資源高度集中，這有利於組建大型企業集團，建立大型生產基地，向專業化、規模化、集約化發展。
據預測，我國膨潤土礦資源量已超過80億噸，為新產品的開發和研究、市場的開拓、競爭力的提高等奠定了資源基礎。但是我國膨潤土開發利用的程度很低，累計開採量不足已探明儲量的1%。在國際市場上是一種"低出高進"的局面，即出口低級產品(原礦、鑄造用、鑽井用、低檔活性白土等)，進口高級產品(洗衣粉柔順劑、高檔有機土等)。
據不完全統計，中國膨潤土產品年產銷量約600萬噸。行業特點是企業規模小(年產萬噸以上的企業屈指可數)、技術水平低、由於是資源型行業而競爭不是很劇烈、產銷量與價格均逐年上升。
製備應用
1、半濕法生產高效活性白土方法
2、催化酸處理海泡石、膨潤土的工藝
3、防污膨潤土製備方法4、廢白土渣綜合利用的新方法
4、複方中草藥膨潤土飼料添加劑
5、改善蒙脫石粘土的抗污染性的方法
6、改性膨潤土及其應用8、改性膨潤土組合物
7、干法生產有機膨潤土的方法
8、含脫氮劑和廢油的廢白土處理方法
9、航煤脫色用顆粒白土的再生工藝方法
10、合成二八面體蒙脫石粘土
11、活性白土的製備方法
12、活性白土生產方法
13、活性白土生產方法2
14、活性白土生產方法3
15、鹼法活化膨潤土生產P型洗滌用沸石的工藝方法
16、接枝膨潤土高吸水材料及其製造方法
17、鋰膨潤土懸浮劑的製造方法
18、鋰膨潤土的生產方法
(二)設備選型
1、分級式衝擊磨，該設備粉碎膨潤土粒度可調，產量大等優點;
2、環磨機，該設備適合集約化生產線，粉碎膨潤土粒度可調範圍很廣，產量大等優點。
技術簡介
國外技術
美國在世界膨潤土的研究一直處於領先，國內膨潤土產品的標準制定很多也是以美國標準為藍本。歐洲一些國家、日本、韓國也在部分產品上有較先進的技術。相對於國外，國內產品和市場開發相對緩慢，產品以常規產品為主。這與國內環境、政策以及資源現狀都有很大關係。
國內技術
早期國內膨潤土的研發主要集中在浙江，國內相對高檔的產品也集中此生產，企業以浙江華特、浙江豐虹為代表。近幾年，國內很多高校、科研院所在膨潤土研究也取得了很大的發展，擁有一系列膨潤土深加工技術。比較有代表性的有武漢理工大學、中國礦業大學、中國地質大學、蘇州非礦院、鄭州院。
中國非金屬礦工業公司戰略礦種為膨潤土，在新疆、湖北、北京均有膨潤土企業，產品涵蓋冶金、鋼鐵、鑽井、建築防水等多領域。其技術中心以旗下企業為基礎進行新產品開拓，在環保、新型防水、提純等技術上大批科研成果和自主知識產權，並利用品牌優勢與北京高校、科研院所、企業形成了較好的聯合體，以其特有的優勢和技術特長在華北地區形成了新的研發基地。
如何識別
肉眼鑑定中，優質膨潤土呈純白色，一般也有灰色或淺黃白色的，常因吸水或含有雜質而呈淡綠、淡青、玫瑰紅等顏色。風乾後仍為純白色、灰色或淺黃白色。用手掰開後斷面不平整，而呈凍膠狀。有油脂光澤，手觸有滑感。能吸水膨脹，好的可成為膠體狀。若經長期風乾水分散失後，又可變成鬆散狀。膨潤土因有強烈的離子交換力，所以能吸附或吸收各種顏色。把它與油脂混合，可使油脂更加滑潤。它的微細粉末加水的懸浮液，分散(散度)很好，不容易沉澱。天然膨潤土類型，主要是按蒙脫石的陽離子的種類相對含量分為鈣、鈉、氫、鋰蒙脫石等，其中以鈣蒙脫石為主的粘土稱為鈣基膨潤土。我國大部分膨潤土礦以生產鈣基膨潤土為主，鈣基膨潤土比鈉基膨潤土便宜，而且容易到手，所以我們在肉雞和蛋雞試驗上，都用的是鈣基土。用膨潤土添加料餵雞，因為適口性好，雞愛吃。
但只靠上面介紹的肉眼等感官鑑定是不夠準確的。我國尚無統一的鑑定膨潤土的國家標準。多數礦山執行一機部關於"鑄造用膨潤土、粘土的部頒標準"(1997)和企業標準。主要測定吸蘭量、水分、膠質介、通過率、濕壓強度、膨脹係數、pH值等，測定方法和標準這裡就從略了。
工業指標
膨潤土礦石質量的一般工業要求以礦石中蒙脫石含量來衡量:
邊界品位:≥40%;
工業平均品位:≥50%o
蒙脫石含量一般是用吸藍量換算.即:
M=B/K'100
式中M-膨潤土礦石中蒙脫石相對含量，%:
B-吸藍量，毫克當量/100克樣:
K-換算係數，150。
可采厚度:1-2m;
夾石剔除厚度:≥1m。[1]