钠基蒙脱石预处理

2010-03-21吕秀玲张彩文冯晓健

华北理工大学学报(自然科学版) 2010年3期

吕秀玲,张彩文,冯晓健

(河北理工大学研究生学院,河北唐山 063009)

膨润土是蒙脱石为主要矿物的多矿物集合体。我国膨润土资源十分丰富,资源总储量在 75亿吨以上,探明储量 23.3亿吨[1],居世界首位。随着柱撑蒙脱石研究的广泛开展,人们越来越倾向于将膨润土用于制作柱撑蒙脱石原料,为膨润土开拓出具有高附加值的新用途。

1 以膨润土为原料制备钠基蒙脱石

实验用膨润土系东北某地产膨润土。配制浓度为10%的NaCl溶液,将膨润土浸泡于这三种溶液中,待膨润土沉降后,测上清液的电导率。弃去清液,重新浸泡,再测上清液的电导率,如此反复,直至上清液的电导率不发生变化,停止浸泡,过滤并弃去清液,得到钠基膨润土。

将钠基膨润土分散于水中时,因蒙脱石能迅速分散为微小的颗粒,故采用沉降法提取小于 2μm的颗粒,从膨润土的矿物组成看,能理解成 2μm以下的颗粒基本上都是蒙脱石。

采用沉降法提取小于 2μm颗粒所需的沉降时间,可以由斯托克斯公式求出:

其中:t——沉降时间(s);

η——液体介质的粘度(泊);

h——沉降高度(cm);

ρf——蒙脱石颗粒的密度(g/cm3);

ρs——液体介质的密度(g/cm3);

g——重力加速度(cm/s2)g=980 cm/s2;

d——颗粒直径(cm)。

达到沉降时间后,用移液管移取小于 2μm的膨润土悬浮液,下部沉淀弃之,用离心机进行固液分离,然后干燥、研磨,过 200目筛,即得到钠基蒙脱石。

2 钠基蒙脱石的预处理

柱撑之前对钠基蒙脱石的预处理是极为重要的,此环节可以提高柱撑蒙脱石的吸附性能。预处理就是柱撑前向钠基蒙脱石悬浮液中加入六偏磷酸钠[Na6(PO3)6]。六偏磷酸钠以 0.6 g/l溶液的形式加入。六偏磷酸钠在泥浆中作为分散剂。表 1、图 1反映了六偏磷酸钠的加入量与柱撑蒙脱石吸附 SO2-4离子能力的关系。

表1 蒙脱石悬浮液中Na6(PO3)6加入量对柱撑蒙脱石吸附SO2-4能力的影响

图1 六偏磷酸钠加入量与SO2-4离子吸附量关系曲线

结果显示,蒙脱石悬浮液中加入六偏磷酸钠后柱撑蒙脱石对 SO2-4离子的吸附量增大了。当六偏磷酸钠加入量达到0.1 ml/100mg土以后,随加入量继续增多,吸附量无明显增大。

3 六偏磷酸钠的加入提高柱撑蒙脱石吸附能力的原因分析

分散在水中的蒙脱石颗粒理论上在 C轴方向可以分散至单位晶胞大小的尺度,但实际上蒙脱石往往不能分散到如此薄,而常以多层叠合的方式形成颗粒。已分散的钠基蒙脱石微粒板面为负 ζ-电位,表面为正ζ-电位,在这样一个分散系统中,粒子之间的聚集状态取决长程范氏力与静电力的共同作用。在长程范氏力与静电引力的共同作用下,边面与板面之间相互吸引容易产生边面 -板面结合的结构。在板面与板面之间、边面与边面之间虽然都存在静电斥力,但当长程范氏力超过静电斥力时仍可能出现板面—板面结合或边面—边面结合的结构。这些絮凝状态不利于柱撑,尤其双重吸引力的作用下形成的边面—板面结合的结构封堵了蒙脱石复网层间的入口,使聚合羟基钛离子不容易进入复网层间。当体系中加入聚电解质六偏磷酸钠时,聚合阴离子与蒙脱石颗粒边表面几何位置相适应,很容易吸附在边表面上。边表面原来带正电,聚合阴离子吸附在边表面上,使边面由原来的正 ζ-电位变为负 ζ-电位,使边面与板面之间的静电引力转变为静电斥力,有利于拆散边面—板面结合结构,有利于聚合羟基钛离子进入层间柱撑,得到的柱撑蒙脱石SO2-4离子的吸附量增大。