钠化改性对累托石粘土防水性能影响的研究

2013-06-08肖宇鹰张湘渝王皖红

中国非金属矿工业导刊 2013年3期

龚关，肖宇鹰，李莹，张权，张湘渝，王皖红

（湖北省地质实验研究所，湖北武汉 430034）

累托石是二八面体钠云母和二八面体蒙脱石组成的规则间层矿物，属较为稀有的非金属矿种。自1983年在湖北钟祥发现较大规模的累托石粘土矿床以来，相关单位和人员对累托石的矿物特征、物理化学性质、工艺性能以及开发应用进行了一系列研究[1]。累托石粘土特殊的矿物结构使其具有优良的分散性、悬浮性和膨胀性，作为防水材料的原料应用前景良好[2]。本文主要介绍钠化改性对累托石粘土防水性能的影响。

1 试验

1.1 原料

试验用原料采用湖北钟祥累托石粘土。

1.2 试验仪器

SHN-5 轮碾机，邯郸市自动化仪表厂；

WZ型五轴搅拌机，12000r/min，青岛胶南分析仪器厂；

ZNN-D6六速旋转粘度计，青岛胶南分析仪器厂；

ZNS-1滤失量测定仪，武汉照相机研究所；吸水率测定仪，自制。

1.3 试验方法

1.3.1 物化性能测试

累托石粘土的物化性能测试按照《非金属矿石物化性能和成分分析方法手册》[3]所述的方法操作。

1.3.2 钠化改性

累托石粘土的钠化改性分为干法改性和湿法改性，其中湿法改性采用堆放和碾压两种方法，主要变动参数有钠化剂的加入量、钠化时间等。

2 结果与讨论

2.1 累托石粘土基本物化性能

试验样品采用湖北钟祥累托石矿经过选矿提纯的累托石粘土，其基本物化性能见表1～3。

表1 累托石粘土化学成分(%)

表2 累托石粘土阳离子交换量(mmol/100g)

表3 累托石粘土物理性能

2.2 累托石粘土防水性能

由于目前国内外用于防水毯的矿物原料主要是膨润土，还没有累托石粘土防水性能的测试方法，因此，试验中测定累托石粘土防水性能参照膨润土防水毯的检测方法JG/T 193-2006[4]，确定其防水性能检测指标为吸蓝量、膨胀指数、滤失量、吸水率、耐久性等。累托石粘土原土防水性能见表4。

表4 累托石粘土防水性能

从表4看出，累托石粘土原土的防水性能主要指标如膨胀指数、滤失量、耐久性等都小于J G/T 193-2006标准要求。

2.3 钠化改性对累托石粘土防水性能的影响

2.3.1 干法钠化改性

干法钠化改性是将不同质量分数的改性剂加入到累托石粘土中混匀，取样测定防水性能，试验结果见表5。

表5 干法钠化累托石粘土防水性能

从表5可以看出，经过干法钠化改性的累托石粘土与原土相比，滤失量有所减小，其他几项指标略有改善，但提升效果不明显。

2.3.2 湿法堆放改性

将不同质量分数的改性剂加入到一定量的累托石粘土中，混匀后加入适量水将试样润湿，加盖湿布堆放一定时间。将试样烘干、磨细，取样测定其防水性能，试验结果见表6。

表6 湿法堆放钠化累托石粘土防水性能

表6的试验结果表明，经过湿法堆放钠化改性的累托石粘土防水性能明显提高，当改性剂用量合适，膨胀指数、滤失量、耐久性等指标可达到J G/T 193-2006标准要求。

2.3.3 湿法碾压钠化改性

将不同质量分数的改性剂与累托石粘土混匀，加入适量水，置于轮碾机内碾压一定时间，然后将试样烘干、磨细，取样测定防水性能，试验结果见表7及图1～3。

表7 湿法碾压钠化累托石粘土防水性能

图1 改性剂用量与膨胀指数关系

图2 改性剂用量与滤失量关系

图3 改性剂用量与耐久性关系

由表7可以看出，与湿法堆放钠化改性相比，累托石粘土防水性能得到进一步提高。随着改性剂用量的增加，改性累托石粘土的膨胀指数、滤失量、耐久性等指标均得到明显改善，其中膨胀指数由原土的5.0m L/2g提高到39.5m L/2g，滤失量由原土的92mL降至7.6mL，耐久性从原土的4.5mL/2g提高至24.5mL/2g。第4号和第5号试验各项性能指标均超过JG/T 193-2006标准要求。从图1至图3可以更直观的看出改性剂加入量与膨胀指数、滤失量、耐久性的关系。从图1看出，改性累托石粘土膨胀指数随着改性剂用量的增加而增大，但是当改性剂用量超过一定值以后膨胀指数出现下降趋势，图3中的耐久性与改性剂用量的关系与之类似；从图2看，改性累托石粘土滤失量随着改性剂用量的增加而减小，当改性剂用量达到某一定值时滤失量有一最小值，然后开始增大。

上述试验结果说明，对累托石粘土钠化改性时改性剂的用量并不是越大越好，应控制改性剂用量在一个适当的范围，这样既可以提高累托石粘土的防水性能，又避免了材料的浪费，有利于控制钠化改性成本。