膨润土钠化适宜加碱量计算方法

刘春

（辽宁省地质矿产局，辽宁沈阳110000）

膨润土钠化适宜加碱量计算方法

刘春

（辽宁省地质矿产局，辽宁沈阳110000）

结合辽宁省建平地区各个膨润土厂家的膨润土钠化加工情况，本文综合进行了膨润土阳离子交换容量方法的试验工作，提出了膨润土适宜加碱量的检测和计算方法，对膨润土生产加工企业在膨润土转型中确定了更合理的加工程序。

钠化；加碱量；试验方法；计算方法

辽宁省建平县沙海镇有着中国“膨润土之乡”的美称，膨润土资源丰富，品质优良，适合各种膨润土产品的生产。周边地区建有膨润土加工企业七八十家，生产各种膨润土产品，广泛应用于铸造、冶金、钻井、建筑、建材、油脂脱色、农业、军工、油漆、化工等多个领域。国际、国内行业巨头云集于此，建立膨润土加工企业，依托先进的生产加工技术和客户群体促进膨润土产品的研发而服务于各行业部门。

1　膨润土的钠化转型

在建平地区膨润土主要是以钙基形式存在，钠基膨润土量少而且深埋地下。由于钠基膨润土各项性能指标都要优于钙基膨润土，而天然钠基膨润土贮量仅占已探明贮量的10%，且深处地下，开采困难，钙基膨润土位于地表易于开采，所以现在工业上常将钙基膨润土人工处理后制备成钠基膨润土，所需添加剂为工业碳酸钠。实现这种钠化反应的途径主要有：悬浮液法、堆浸法、螺旋挤压钠化法等，经过加入工业碳酸钠和水，搅拌均匀后进行陈化处理得到人工钠化土，完成钙基膨润土向钠基膨润土的转型。现在各个膨润土加工企业在进行钠化处理时，加入的工业碳酸钠的量均为干基的4.0%加入，个别产品进行微量的调整，调整幅度为±0.3%～0.5%，未考虑其加入量是否合适，对膨润土的各项性能是否达到理想状态也未予以重视，只是单纯地按照产品的质量要求进行膨润土的加工生产。

本试验按照国家及行业标准进行膨润土阳离子交换量及交换性阳离子含量的测试，根据测试结果来计算工业碳酸钠的精准加入，使钙基膨润土完全转化为钠基膨润土，充分体现膨润土的矿物性能，以满足于各种膨润土产品的生产。

2　膨润土试验方法

2.1氯化铵—氢氧化铵法［1］

钙基膨润土的钠化过程主要是用游离的Na+置换膨润土晶层中除Na+、K+离子之外的其它阳离子，所以在测试时，只要测试膨润土的阳离子交换总量和Na+、K+、Ca2+、Mg2+的含量即可，在上述几项指标测得结果之后，通过计算得出应加入的工业碳酸钠的理论值，这样按照测定的结果加入相应的工业碳酸钠进行加工处理就能使膨润土完全实现转型。

2.1.1膨润土原矿测试结果

选取本地区三种膨润土原矿，经多次混合缩分后，取样进行测试并计算。测试项目包括膨润土的铸造性能指标及膨润土原矿的交换总量和可交换阳离子量。试验中加碱量按原矿干质量进行加入。结果见表1、表2.

表1　各原矿4.0%碱钠化后指标

表2　各原矿的CEC和浸出阳离子

2.1.2理论值的计算

由表2来看，3个样品的4个阳离子交换量和分别为：78.4meq/100g、83.5meq/100g和74.8meq/100g，都低于各自的交换总量，说明在晶格中还有其他阳离子存在，只是未曾检测而已。在进行离子交换时，除Na+外，由于K+在蒙脱石层间的立体相互作用较强，同其他离子交换困难，应不属于交换之列，而其他的阳离子则易于交换。所以，实际的阳离子交换容量见表3.

表3　实际的阳离子交换容量

对此，上述的置换容量是设定工业碳酸钠以（Na2CO3/MW：106）进行Na+置换，那么应加入的工业碳酸钠的理论值（膨润土干基状态）见表4.

由此可见，对于任何膨润土原矿来说，单纯地按4.0%加入工业碳酸钠，还是有些误差的，在工业碳酸钠加入量不足情况下，膨润土晶格中的可交换阳离子不能完全被Na+置换，膨润土的性能就不能完全体现，而当加入过量情况下，就会有多余的游离Na+存在，对相应的膨润土产品及其在使用过程中也会产生不良的影响。所以为了更加有效地体现各类膨润土的矿物性能，各加工企业应该开展膨润土阳离子的检测工作，以便选取合适的膨润土原矿，生产出能够完全发挥膨润土性能的优质膨润土产品。

表4　应加入的工业碳酸钠的理论值

2.2理论加碱量后的各样品测试结果

理论加碱量后的各样品测试结果见表5.

表5　理论加碱量后的各样品测试结果

3　生产程序设计

该试验未引起加工企业的生产设施的变动。各个企业还是按照正常程序生产即可，只是在加碱过程中要严格按照质检部门给出的加碱量进行碱的加入。那么，在生产之前，质检部门应该对所要进行加工的原矿进行大量的取样、破碎、缩分，取得能够代表所用原矿的样品，然后进行详细的分析测试，得到该原矿的理论加碱值，为生产提供准确的加工依据，从而进行膨润土产品的生产。

4　钙基膨润土的前景

在我国，最早利用于铸造的膨润土产品是钙基膨润土，铸件质量不是很好，而铸件质量要求高的企业较多使用国外进口的天然钠基土，能够保证铸件质量达到要求。随着建平地区膨润土的发现和利用，在铸造方面充分显现了膨润土的优良性能，使铸件质量得到了很大程度的提高，从而引起了国内外膨润土公司的关注。于是在90年代中期，德国南化公司在建平组建了红山公司，开始进行膨润土产品的生产。当时主要是在膨润土碎块上喷撒碱水，再进行辊碾、挤压，提高其反应程度，并堆放熟化，然后进炉烘干和磨粉。90年代后期，开始机械定量加碱进行膨润土的钠化来生产人工钠土。现在辽宁建平的科莱恩公司（前身是德国南化公司）、东明唯科公司、艾斯比永同昌公司等三家外资企业和当地其它膨润土公司也是使用类似原理生产钠化膨润土。钠化膨润土一方面使铸造工厂排除铸件产生夹砂缺陷的原因，另一方面也使铸造工厂提高了产值和利润，从而得到了迅速推广和应用。目前，我国高压造型生产线一直都在使用人工钠化膨润土，加工程序是在钙基膨润土中加入4%左右的工业碳酸钠进行离子交换，使钙基膨润土转化为人工钠土。

虽说人工钠土在铸造上获得了广泛的应用，也占据了更大的市场，但是也存有不小的缺陷。湿型旧砂再生用于制备冷芯盒砂芯时，最大困难是再生后的旧砂粒上包含有大量的碳酸钠薄膜，影响了制出的冷芯性能，当膨润土中不含有游离碳酸钠时就会避免这一缺陷。为此，能否选取优质的天然钙基膨润土取代人工钠土，就成了亟待研究解决的技术难题。最近，有关单位用辽宁建平地区的优质钙土矿块，粉制出优质钙基膨润土，做了实验室实验，结果见表6、表7.

从表6、表7中看出，此产品为纯天然钙基土，其性质是良好的，完全可以代替人工钠土或天然钠土用于铸造生产。但是要想获得优质的天然钙基膨润土，还要进行深入的研究，尽可能广泛地利用膨润土资源生产出合格的钙基膨润土，尽快运用到生产中去。

表6　膨润土正常检测指标

表7　膨润土性能试验

5　结语

我国的钙基膨润土贮藏丰富，分布较广，各地区膨润土质量差异较大，在没有生产出优质合格的钙基膨润土产品前，如果能够合理地对膨润土进行钠化处理，就会使钙基膨润土得到最大程度的开发和利用，为各行业提供优质的膨润土产品。

［1］全国铸造标准化技术委员会.JB/T 9225-1999铸造用粘土、膨润土化学分析方法［s］.机械工业部机械标准化研究所，1999.

［2］地质矿产部技术司.膨润土矿物化性能测试暂行统一方法［M］.武汉：湖北科学技术出版社，1984.

Calculation Method of Suitable Alkali Addition in Bentonite

LIU Chun
（Liaoning Geology and Mineral Bureau，Shenyang Liaoning 110000，China）

The test of bentonite cation exchange capacity was carried out based on bentonite natrium treatment process in some factories in JinaPing Region，Liaoning Province.The suitable alkali addition detection and calculation method was put forward to provide more reasonable process for production enterprises.

sodium，alkali，test method，calculation method

TG221+.1

A

1674-6694（2016）04-0025-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.04.009

2016-04-29

刘春（1964-），工程师，长期从事膨润土的生产、研发和应用工作。