膨润土的改性及其应用

膨润土的改性及其应用 摘要：膨润土是以蒙脱石为主的含水粘土矿，具有膨润性、粘结性、吸附性、催化性、触变性、悬浮性以及阳离子交换性等特性，因从广泛用于各个工业领域。但由于膨润土的多重性质，使其在实际应用中受到多重限制，且不能达到很好的效果。所以，为了提高膨润土的使用价值及其效率，应该对膨润土进行改性，以提高其价值。膨润土具有很高的科研价值，对各种领域都有极其重要的作用。国内外已在工农业生产24领域100多个部门中应用，有300多个产品,因而人们称之为“万能土”。我国膨润土的储量世界第一位，种类齐全，分布广，遍布26个省市，产量和出口均居世界前列。因此，膨润土的发展和研究对我国具有极其重要的意义。 关键词：膨润土；改性；意义；应用；前景

Abstract：The bentonite is mainly to montmorillonite aqueous clay mineral, with swelling, adhesion, adsorption, catalysis, thixotropy, suspension and cation exchange properties, widely used in various industrial fields from. But as a result of bentonite multiple nature of the constraints, so that in the practical application subject to multiple constraints, and can achieve good results. Therefore, in order to improve bentonite use value and efficiency, to bentonite should be modified, to enhance its value. Bentonite has very high research value, to the various fields have extremely important role. At home and abroad has been in production of industry and agriculture24areas more than 100 departments in the application, there are more than 300products, so people called the "universal soil". China's Bentonite reserves are the world the first, variety complete, widely distributed, in 26 provinces and cities, and export crop all occupy world front row. Therefore, bentonite on the development and research to our country has very important significance.

Keywords：Bentonite; Mdification; Sgnificance;Aplication; Prospect

引言

膨润土是一种黏土岩、亦称蒙脱石黏土岩，常含少量伊利石、高岭石、埃洛石、绿泥石、沸石、石英、长石、方解石等；一般为白色、淡黄色，因含铁量变化又呈浅灰、浅绿、粉红、褐红、砖红、灰黑色等；具蜡状、土状或油脂光泽；膨润土有的松散如土，也有的致密坚硬。主要化学成分是二氧化硅、三氧化二铝和水，还含有铁、镁、钙、钠、钾等元素。Na2O和CaO含量对膨润土的物理化学性质和工艺技术性能影

响颇大。蒙脱石矿物属单斜晶系，通常呈土状块体，白色，有时带浅红、浅绿、淡黄等色，光泽暗淡。硬度1～2，密度2～3g/cm3。按蒙脱石可交换阳离子的种类、含量和层电荷大小，膨润土可分为钠基膨润土、钙基膨润土、天然漂白土，其中钙基膨润土又包括钙钠基和钙镁基等[1]。

由于膨润土特殊的结构特征，它具有强的吸湿性和膨胀性，可吸附8～15倍于自身体积的水量，体积膨胀可达数倍至30倍；在水介质中能分散成胶凝状和悬浮状，这种介质溶液具有一定的黏滞性、能变性和润滑性；有较强的阳离子交换能力，对各种气体、液体、有机物质有一定的吸附能力，最大吸附量可达5倍于自身的重量；它与水、泥或细沙的掺和物具有可塑性和黏结性；具有表面活性的酸性漂白土能吸附有色离子[2]。由于它具有特殊的性质如膨润性、粘结性、吸附性、催化性、触变性、悬浮性以及阳离子交换性，所以广泛用于各个工业领域。国内外已在工农业生产24领域100多个部门中应用，有300多个产品,因而人们称之为“万能土”。我国膨润土的储量世界第一位，种类齐全，分布广，遍布26个省市，产量和出口均居世界前列。

因为膨润土具有多种性质，因此在实际应用中会受到多种限制。由于膨润土在水中具有膨胀性、分散悬浮等特性，因此用膨润土原土处理废水时，效果较差，特别是固一液分离速度慢，絮凝物脱水效果差，影响其实际应用。虽然膨润土具有较好的吸附性能，但直接用于吸附处理废水中重金属等离子型污染物，往往不能达到很好的处理效果。由于膨润土层间阳离子的水解，故未经改性的膨润土(原土)吸附处理水中有机物的性能较差，大大限制了膨润土在废水处理中的应用[4]。由于膨润土表面的亲水性，未经改性的膨润土在有机污染环境修复中效果较差，人们经常将膨润土进行改性制得更有价值的膨润土，提高其应用价值。 [3]

1.膨润土改性的方法及其意义

1.1膨润土改性的方法

1.1.1钠化法

钠化一般采用加碳酸钠，加一定量的水，使其具备足够交换的自由钠离子，与钙基膨润土混合均匀，再施加一定的压力(主要是剪切应力，如轮碾挤压、双螺旋挤压、螺旋阻流挤压、对辊挤压等方式)，使膨润土颗粒分开，甚至把晶层推开，增加钠离子与钙蒙脱石的接触面积，加速钠离子交换钙离子的过程。同时在机械地挤压和剪切中，机械能因摩擦和剪切而转变成热能，使膨润土温度升高，加快了钠离子的运动速度，扩大了离子的运动范围，有利于加速钠离子对钙离子的交换过程。挤压和剪切还会蒙脱石晶体产生断键，暴露出来的原子价是正的硅原子、铝原子或负的氧原子。这些原子将产生吸附水，有利于蒙脱石的水化，也有利于吸附钠离子而促进钠化反应进行。不采用挤压方式，如悬浮液法和堆放钠化法，靠碱水溶液中的钠离子，也可以使钙蒙脱石转化为钠蒙脱石[5]。

1.1.2酸化法

通过选择合适的酸改性剂，及对酸改性温度、时间、浓度等因素与处理效果关系的讨论，结合比表面测定、扫描电镜图、化学成分测定等，分析了酸改性膨润土的机理。结果表明，经酸改性的膨润土的吸附性能比原土均有提高，采用盐酸改性的吸附剂不如用硫酸改性效果好；在一定温度范围内，酸改性温度对吸附剂处理废水效果影响不大；当用酸活化膨润土时，酸与铝硅酸盐发生物理化学反应，首先是蒙脱石间的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子转变为酸的可溶性盐类而溶出，从而削弱了原来层问的键力，使层状晶格裂开，晶层间距扩大，孔道被疏通，表面活性增加，膨润土的吸附能力也显著提高。同时在酸作用下，酸中的H+会逐渐置换位于晶格表面的Ca2+和Mg2＋，置换后的一部分H+又可被溶液中的A13+所取代，从而生成吸附能力比H＋强得多的铝离子或盐基性铝离子，使活性膨润土的吸附能力增强。所以，用酸化法处理可以达到较好的活化目的，制备出具有较强的吸附能力和脱色能力的活性膨润土[6]。

1.1.3湿法和干法

(1)湿法：用水配制10％的膨润土浆，使膨润土充分水化，然后按一定比例加入表面活性剂，在一定温度下反应3h，在103。C下烘干，然后粉碎即可。如果不进行烘干粉碎，此法可直接用于现场配制钻井液。

(2)干法：在表面活性剂中加入少量的水使之溶解，然后把表面活性剂水溶液均匀地喷洒在膨润土干粉上，使膨润土表面充分润湿，适当地施加外力，并用小型捏合机捏合，使表面活性剂与膨润土更好地接触[7]。

1.2膨润土改性的意义

由于膨润土的多重特性，在日常实际应用中收到了限制。对膨润土进行改性，不仅提高了它的应用价值，而且提高了它的作用效率，使膨润土得到了更广泛的应用。例如：虽然膨润土具有较好的吸附性能，但直接用于吸附处理废水中重金属等离子型污染物，往往不能达到很好的处理效果。一般用于废水处理的膨润土是经过一次或二次改性处理，或将膨润土熔烧成粒状大面积材料，进一步增强其吸附能力及去除效果。

[8]经处理过的膨润土能使低浓度废水中的Pb2+去除率达93.1％；且在处理染料溶液的脱色效果比不处理的提高20％～40％；可使阳离子染料为主的印染废水脱色率达94％～100％。由此可见，膨润土的改性对实际应用具有非常的实用价值。

2.膨润土的应用

2.1膨润土在环境保护中的应用

(1).膨润土可以用于处理煤气、洗涤废水。用膨润土处理印染废水、煤气洗涤废水、味精厂等废水、废物，去除率达99.5％。有的处理废水后再把回收物做成饲料添加剂。用膨润土处理、吸附废油。用膨润土处理快餐的煎炸废油、油污十分有效。膨润土是很好的吸附剂，当海上油船泄漏的油浮在海面上，可以在其上撒吸附剂后结块清除。

(2)膨润土可以用于处理有害气体。国外用膨润土制成汽车排气管、过滤器，主要是充分利用膨润土的吸附性。用膨润土代替活性炭可降低卷烟中含有的焦油、自南某、屁古丁等，减少对人体的危害[9]。

(3)膨润土可以用于沙漠化治理。荒漠化土的颗粒较粗，一般呈细砂、粉砂状，无黏性，渗水性强。而膨润土的颗粒极细，有较强的膨胀性、黏性，两者混合拌匀，即可变成能保水的种植土。膨润土含有许多有利于动、植物生长的成分，可以为动、植物提供多种营养[10]。用膨润土防渗层铺河道，可把有限的水引向远方。膨润土防水层可用天然钠基膨润土粉直接铺，也可以用膨润土与当地土搅拌夯实，或将膨润土夹在两层织物之间形成防水毯，快速修建储水池、储水窖、输水渠。

2.2膨润土在农业生产中的应用

膨润土可作为添加剂加入化肥中。化肥添加剂膨润土遇水后能吸收大量水分，体积发生膨胀，特别是钠基膨润土，膨胀后可达原体积的30倍左右，从而使较大的硫粒子变成细小硫粒子以利于农作物吸收。膨润土对尿素分解物可起暂时储集作用，从

而使氨能够逐渐被农作物吸收，提高尿素的利用率[11]。在棉花种子播种前，用膨润土的悬浮液喷洒种子并压实，可促进种子发芽。膨润土是防止化肥结块的好材料，在硝酸铵中加入0.5％就可使硝酸铵的松散度大为提高，其结块的强度由17.95MPa降低为1.24MPa，效果非常明显。湖南省地质研究所将钙质膨润土(含蒙脱石65％)矿粉施用于大田棉花、水稻、油菜与等养分等量施肥对比，棉花增产11．47％，水稻增产

7．34％，油菜增产10.35％，小麦增产9.5％，花生增产1.65％～9.6％[12]。

当土壤改良剂膨润土等粘土矿物施于农田后，能吸收大量的水、肥、腐殖酸、有机质，降低砂质土的孔隙度或渗透性，阻止了水和肥渗于地下或蒸发损失。同时因具有很强的离子交换能力，可使各种肥料以易吸收形式赋存于土壤中，实现养分和微量元素在土壤溶液与作物间的平衡交换[13]。此外膨润土还能吸附毒性物质，阻止毒素进入作物。大量试验证明：适宜作土壤改良剂的膨润土以钙基膨润土为最好。因为钙基土吸水量适中，结块性较差。能够提供农作物所需要的钙，而钠基土吸水量大，容易使土壤湿度增高和出现可塑性，干燥时又易收缩变硬而结块[14]。

2.3膨润土作为食料添加剂

膨润土可以用作动物饲料添加剂，主要是利用其吸附性、乳化特性和离子交换特性来生产反刍动物的非蛋白氮日粮。膨润土在反刍动物瘤胃中不仅对多余的氨具有明显的吸附作用，而且还由于膨润土具有良好的乳化特性和离子交换能力，从而能有效地改善机体的代谢过程。利用膨润土的高吸附性和高吸水率(200％-300％)，将其作为吸附剂，适量加入普通化肥尿素，即可生产饲用尿素。在颗粒饲料生产中适当添加膨润土，利用其细腻润滑作用，既可明显提高制粒机的生产效率和生产量，又可代替部分载体及微量元素，从而降低成品饲料的电耗和成本[15]。在研制反刍动物的专用盐砖时，加入膨润土，既有黏结作用，又是营养组分和载体。例如：膨润土可促进牛的生长，改进饲料转化率，使牛的日增重平均提高5.28％，料肉比降低8％～10％。

3.膨润土的发展前景

在未来的发展中，膨润土的结构决定了它是一种天然的吸附剂，用膨润土及改性膨润土对环境进行治理具有独特的优越性，适当对膨润土进行改性，可以明显提高它对污染物的去除能力，起到净化水质作用，因此膨润土在废水处理中具有广阔的应用前景。又自然界产出的膨润土，绝大部分为钙基膨润土，通过改性可以通过人工钠化的方法将钙基膨润土改型为钠基膨润土[16]。钠基膨润土在铸造行业、钻井泥浆、铁矿

球团、干燥剂、污水处理、建筑工程防水材料、涂料等7种行业需求用量较大。纳米膨润土虽然是一个新兴行业且各方面技术不是很成熟，但其应用前景是不可估量的，具有很大的应用价值，如工业、农业、养殖业以及保护环境等方面，都有很大的利用价值。

结束语

膨润土具有的多重性质决定了它广泛的应用，但其应用效率却受到其自身和其它多重因素的限制。因此，对膨润土的发展和研究对各行业的发展都具有极其重要的意义。随着科技的发展和对膨润土研究的深入，在未来的工业发展中，膨润土一定具有很大的使用价值。

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