层状非金属矿物干燥剂的试验研究

王 鸽，张红林

（咸阳非金属矿研究设计院有限公司，陕西 咸阳 712021）

1 前言

干燥剂是一种从大气中吸收潮气的除水剂，它适用于仪器、仪表、电器设备、药品、食品、纺织品及其他各种包装物品防潮[1]。干燥剂的使用避免了水分对产品质量造成不良影响[2]。

层状非金属矿物因其独特的晶体结构，在室温及一般湿度下吸湿性能较好，具有吸附性、粘结性、膨胀性、静态减湿和异味去除等功效[3]，广泛应用于各类需要干燥的产品中，尤其是不能采用油封、气相封存的产品，如：光学仪器、电子产品、医学保健、食品、民用产品、集装箱海运等密封包装的防潮、吸附、防霉变等。膨润土干燥剂因其无毒、无味、无腐蚀性、价格低廉，再生反复使用能力强[4]，还可吸附其他有害气体。因此，该产品具有很大市场竞争的潜力。本试验主要选取膨润土为干燥剂，采用吸湿率动态分析方法，选取最佳工艺条件，生产高品质干燥剂产品。

目前，市面上售卖的干燥剂种类较多，有硅胶干燥剂，酸、碱性干燥剂以及分子筛干燥剂。硅胶干燥剂通常是用硅酸钠和硫酸反应，并经老化、酸浸等一系列处理过程而制得，过程复杂，生产成本高[5]；酸、碱性干燥剂一般吸水能力比较大，干燥速度也比较快，但大多不能再生使用；分子筛干燥剂，是一种人工合成且对水分子有较强吸附性的干燥剂产品，结晶型铝硅酸盐化合物，其晶体结构中有规整而均匀的孔道，孔径为分子大小的数量级，但其制备过程比较复杂，使用效果也有所限制[6]。膨润土干燥剂通常需要原料高度提纯，很难实现大规模、连续化生产[7]。本次试验研究提出了一种简单的层状非金属矿物——膨润土干燥剂制备方法，成本低廉，无需提纯，可规模化生产，制备的干燥剂产品性能稳定，再生使用效果好。

2 机理研究

2.1 吸附机理

层状非金属矿物膨润土是通过物理或化学方式将水分子吸附在自身的结构中或吸收水分子并改变其化学结构。膨润土具有无数蜂窝状的空隙，表面积大，交换容量大，吸附性能佳，能吸附相当于自身体积8～20倍的水。引起膨润土吸附膨胀的动力是层间交换性阳离子和晶层表面的水化能。硅氧四面体晶格表面上裸露的氧原子可与水分子通过氢键键合，颗粒表面静电场越大，吸附能力也越高[8]。

2.2 造粒机理

试验采用高效混合制粒装置进行颗粒整形。通过液体的表面张力，形成细小的颗粒，可根据具体情况造粒为0.5～3mm粒径的球形颗粒。

3 试验部分

3.1 试验材料

本试验采用湖北钙基膨润土原矿，该矿吸蓝量为42.20g/100g，膨胀倍为6.0mL/g，符合干燥剂所需的高吸蓝量、低膨胀倍的要求。

3.2 试验方法

膨润土干燥剂在加工过程中添加部分助剂，主要是提高干燥剂的吸湿性能，防止表面返潮、粘手等不良现象。

试验方法：膨润土原矿经晾晒除湿，破碎至5mm以下，送至搅拌机内加水混匀，电磁振动给料机调节添加剂的加入量。物料输送至造粒机进行造粒整形，之后进入干燥设备中进行颗粒烘干。调节进料速度和烘干温度，控制出料水分≤3%。烘干后的干燥剂颗粒经筛分至1.0～2.0mm，再经特殊无纺布包装成客户要求的规格即可。

3.3 吸湿率分析测试方法

3.3.1 吸湿率动态吸附装置

动态吸附装置如图1所示。其中动态吸附管为玻璃制。

图1 动态吸附装置

3.3.2 测试条件

试验环境的温度(室温)控制在25℃±2℃范围内，利用除湿机控制室内湿度为40%，因膨润土干燥剂特殊的测试环境，将整套装置放置于专门封闭的操作室进行，避免外界对试验环境的温度、湿度造成影响。

3.3.3 测试步骤

(1) 称取预先烘至恒重的试样10g，放入动态吸附管6内。

(2) 盖紧装水玻璃瓶2的塞子，完全打开螺旋夹4，开动空气压力机，打开螺旋夹3。

(3) 利用螺旋夹4将空气流量控制为2～2.5L/min，在25℃±2℃吸附5h。

(4) 完全打开螺旋夹4，关闭螺旋夹3取下动态吸附管，称量，精确至0.002g。

(5) 重复进行上述操作并每隔1.5～2h称量一次，直至增重不超过0.01g为止。

3.3.4 结果计算

吸湿率W1，数值以%表示，按下式计算：

式中：m3——试样吸附平衡后质量(g)；

m ——试样质量(g)。

4 试验过程与讨论

吸湿率是表征干燥剂质量指标的重要参数，吸湿率低，产品干燥性能差。因此，在本次试验研究中，重点对干燥剂的吸湿率和回收率指标进行测试、表征。

选取试样10g进行吸湿性能的测试，并对试样测试后的回收率进行统计。其中，膨润土干燥剂试样因在生产实践过程中，颗粒形态、强度对后期回收率有一定影响，测试过程也会因为干燥剂颗粒的散落对再次重复使用造成影响。因此，根据实际情况，在测试中考核了试样回收率指标。膨润土干燥剂回收率在本文中指的是测试样品在反复称量、测试后，再次可以重复使用的干燥剂颗粒的比率。

4.1 加水量对吸湿效果的影响

造粒中加水量的控制尤为重要，加水过多，吸湿效果相对较低，造粒效果也不明显；加水过少，产量低，颗粒强度不高，所造颗粒不致密，易碎，给后期使用和重复回收利用带来不便。

固定添加剂氯化钙为1.0%，高分子添加剂为0.2%，造粒时间10min，产品粒径为0.5～2.0mm，考察加水量对干燥剂吸湿效果的影响，测试温度25℃，湿度40%，结果见表1。

表1 加水量对吸湿效果的影响

由表1可以看出，加水量在24%时，吸湿率、回收率都相对较高。因此选择加水量为24%。

4.2 造粒时间对吸湿效果的影响

固定加水量24%，添加剂氯化钙1.0%，高分子材料0.2%，产品粒径为0.5～2.0mm，不同造粒时间对吸湿效果的影响见表2。

表2 造粒时间对吸湿效果的影响

由表2可以看出，随造粒时间的增加，吸湿率增长趋势不明显，回收率差别也不大。所以造粒时间对吸湿率影响不大，综合产量和经济效益考虑，选择造粒时间为5min。

4.3 添加剂对吸湿效果的影响

固定加水量24%，高分子材料0.2%，造粒时间5min，产品粒径为0.5～2.0mm，不同添加剂对吸湿效果的影响见表3。

表3 添加剂无水氯化钙或氯化镁对吸湿效果的影响

由表3可以看出，当氯化钙和氯化镁添加量比例达到2∶1时，吸湿效果较好，吸湿率、回收率都相对较高。因此，选择氯化钙为1.0%，氯化镁为0.5%。

4.4 高分子材料对吸湿效果的影响

固定加水量24%，氯化钙为1.0%，氯化镁为0.5%，造粒时间5min，产品粒径为0.5～2.0mm，高分子材料对吸湿性的影响见表4。

高分子材料的添加对干燥剂颗粒的粘结起了一定的作用，不添加高分子材料，吸湿性不强，随高分子添加剂的增加，吸湿速率先上升后下降，这是由于高分子材料虽对吸湿性有一定的作用，但过量添加会降低吸湿速率。通过表4测试结果可知，将高分子材料的添加量确定为0.2%。

表4 高分子材料对吸湿性的影响

4.5 造粒粒径对吸湿效果的影响

固定加水量24%，氯化钙为1.0%，氯化镁为0.5%，造粒时间5min，高分子材料添加量0.2%。干燥剂半成品制作完成后，进行烘干处理，不同分级粒径对产品指标的影响见表5。

表5 分级粒径对干燥剂产品吸湿性的影响

由表5可知，不同分级粒径对产品指标有一定的影响，随着分级粒径增大，各指标测试结果趋于变差，表现最为突出的是吸湿率。分级粒径变大，试样中大颗粒相对较多，吸湿率降低。因此，选择分级粒径为1.0～2.0mm。

5 结论

本膨润土干燥剂无毒、无味、无腐蚀性，化学性能稳定，可再生重复使用、吸湿性好，成本低廉。本试验研究采用的原料属安山岩钙基膨润土，无需提纯处理。本干燥剂属于绿色环保型产品。与市面上其他干燥剂进行综合比较结果见表6，本干燥剂具有制备成本低、使用效果佳等方面的优势。

表6 几种干燥剂性能对比