不同地區(qū)膨潤(rùn)土鑄造性能試驗(yàn)研究

謝愛(ài)虎

（湖北中非膨潤(rùn)土有限公司，湖北 鄂州 436061）

不同地區(qū)膨潤(rùn)土鑄造性能試驗(yàn)研究

謝愛(ài)虎

（湖北中非膨潤(rùn)土有限公司，湖北 鄂州 436061）

各地區(qū)膨潤(rùn)土因成礦條件不同造就了其各自不同的性能與特點(diǎn)。本文對(duì)湖北、新疆、遼寧、河南、浙江等不同地區(qū)的膨潤(rùn)土進(jìn)行了鈉化改性試驗(yàn)，探討了適合于各地區(qū)不同品級(jí)鑄造用膨潤(rùn)土的工藝方案。

膨潤(rùn)土；鈉化改性；鑄造性能

1 引言

膨潤(rùn)土具有粘結(jié)強(qiáng)、可塑性高、脫膜好、透氣性優(yōu)、高溫濕態(tài)條件下物理化學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，廣泛用于鑄造行業(yè)粘土粘結(jié)砂中。

我國(guó)膨潤(rùn)土資源豐富，儲(chǔ)量大，各地膨潤(rùn)土礦因礦床形成機(jī)理不同，其性能各具特點(diǎn)。如新疆大部分膨潤(rùn)土礦為天然鈉基土，具有非常好的膨脹性、阻水性等特點(diǎn)；遼寧部分地區(qū)膨潤(rùn)土為鈉鈣基土，改性后膨脹性、熱穩(wěn)定性好；湖北、河南地區(qū)膨潤(rùn)土蒙脫石含量高、吸附性強(qiáng)等。

中國(guó)膨潤(rùn)土礦床可分為三大成因類(lèi)型[1]：火山沉積型、風(fēng)化殘積型及熱液型。不同類(lèi)型的膨潤(rùn)土礦床受當(dāng)?shù)貐^(qū)域氣候、地理地貌、水文和水化學(xué)條件等因素影響，膨潤(rùn)土成因不同造成其各自化學(xué)成分有明顯區(qū)別。如西北部高緯度干旱地區(qū)(甘肅、新疆)氣候干燥，雨量稀少，在強(qiáng)蒸發(fā)作用下，鈣呈方解石、石膏而析出，因此增高了介質(zhì)中的鈉、鎂離子含量，使部分膨潤(rùn)土自然改型為鈉基、鎂基膨潤(rùn)土，其他地區(qū)則多為鈣基膨潤(rùn)土。同種品位不同類(lèi)型的膨潤(rùn)土在同一種用途上具有一定的差別，需要進(jìn)行膨潤(rùn)土改性研究工作，使膨潤(rùn)土的優(yōu)異性能充分發(fā)揮出來(lái)。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試樣來(lái)源及性質(zhì)

為了使不同地區(qū)膨潤(rùn)土的鑄造性能得到充分比較，筆者從國(guó)內(nèi)5個(gè)膨潤(rùn)土礦藏量較大的地區(qū)各取了兩個(gè)不同的原礦，從中各自選擇鑄造性能更好的原礦進(jìn)行改性處理。5種原礦產(chǎn)地分別為湖北鄂州、新疆、遼寧建平、河南信陽(yáng)和浙江安吉，其中新疆兩原礦均為天然鈉基膨潤(rùn)土，其余原礦均為鈣基膨潤(rùn)土。

不同地區(qū)膨潤(rùn)土原礦的鑄造性能指標(biāo)詳見(jiàn)表1(注：膨潤(rùn)土的復(fù)用性(即熱穩(wěn)定性)是以膨潤(rùn)土粉在600℃恒溫下經(jīng)1h灼燒后吸藍(lán)量與灼燒前吸藍(lán)量比值)。

表1 不地區(qū)原礦鑄造性能指標(biāo)

從表1可看出，從單獨(dú)某個(gè)區(qū)域來(lái)說(shuō)，膨潤(rùn)土濕壓強(qiáng)度與吸藍(lán)量均成正比，但因其各自性能不同，不同地區(qū)的膨潤(rùn)土濕壓強(qiáng)度無(wú)法通過(guò)吸藍(lán)量作比較，如遼寧土⑥吸藍(lán)量只有36.8g/100g，但濕壓強(qiáng)度達(dá)到了125.2kPa，與湖北河南吸藍(lán)量40以上的土濕壓強(qiáng)度相當(dāng)，而新疆哈密土吸藍(lán)量達(dá)到40.2g/100g，濕壓強(qiáng)度卻只有96.3kPa。新疆土因是天然鈉基土，復(fù)用性與熱濕拉強(qiáng)度均優(yōu)于其他鈣基土。原礦熱濕拉強(qiáng)度與復(fù)用性都很低，因此需進(jìn)行改性處理才能生產(chǎn)高檔次的鑄造用膨潤(rùn)土產(chǎn)品。

2.2 試驗(yàn)過(guò)程及步驟

為使各種改性方法的鈉化效果得到充分體現(xiàn)，均選擇各地區(qū)原礦性能較好膨潤(rùn)土進(jìn)行改性處理。

從5個(gè)地區(qū)分別選出編號(hào)①、④、⑥、⑦、⑨的原礦，采用堆場(chǎng)鈉化、對(duì)輥擠壓鈉化和螺旋擠壓鈉化等3種方法作對(duì)比，從而選擇各地區(qū)膨潤(rùn)土合適的改性方法，為各地膨潤(rùn)土生產(chǎn)廠家實(shí)際生產(chǎn)時(shí)節(jié)省能耗、降低成本提供依據(jù)，同時(shí)比較各地區(qū)膨潤(rùn)土經(jīng)過(guò)改性后的鑄造性能，為廣大用戶對(duì)鑄造用膨潤(rùn)土產(chǎn)品的選擇作參考。

堆場(chǎng)鈉化試驗(yàn)步驟：原礦→手選→破碎至5mm→加堿混勻→加水混勻→堆場(chǎng)陳化→干燥→磨粉檢測(cè)。

對(duì)輥擠壓鈉化試驗(yàn)步驟：原礦→手選→破碎至2mm→加堿混勻→加水混勻→對(duì)輥擠壓→干燥→磨粉檢測(cè)。試驗(yàn)采用手動(dòng)小型對(duì)輥設(shè)備進(jìn)行擠壓，雙輥間隙1mm。

螺旋擠壓試驗(yàn)步驟：原礦→手選→破碎至2mm→加堿混勻→加水混勻→螺旋擠壓→干燥→磨粉檢測(cè)。試驗(yàn)采用手動(dòng)農(nóng)用絞肉機(jī)進(jìn)行擠壓。

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 堆場(chǎng)鈉化結(jié)果與對(duì)比

堆場(chǎng)鈉化法陳化周期長(zhǎng)，鈉化效果不明顯，但實(shí)際生產(chǎn)成本較擠壓鈉化低很多。殷錫鵬[2]通過(guò)對(duì)建平土進(jìn)行改性研究發(fā)現(xiàn)，影響鑄造用膨潤(rùn)土性能的關(guān)鍵因素是原礦類(lèi)型、加工工藝及純堿的添加量。因此要想考察各地區(qū)膨潤(rùn)土改性后的性能變化，需對(duì)同一種土做多組條件試驗(yàn)，確定其加工最佳工藝條件。

不同地區(qū)膨潤(rùn)土堆場(chǎng)鈉化最佳工藝條件及產(chǎn)品性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

由表2可知，因不同地區(qū)膨潤(rùn)土吸水能力不同，堆場(chǎng)時(shí)利于其鈉化的水分也不一樣，新疆土為天然鈉基土吸水能力極強(qiáng)，因此堆場(chǎng)時(shí)表觀水分顯得很低，需要添加更多水量才能利于其鈉化，而湖北、河南土吸水能力弱，27%水分即可達(dá)到良好的外部水環(huán)境，利于離子交換。

表2 不同地區(qū)膨潤(rùn)土堆場(chǎng)鈉化最佳工藝條件及產(chǎn)品性能指標(biāo)

不同地區(qū)原礦種類(lèi)的不同也決定了其改性的難易程度也不同，遼寧、浙江土只需堆場(chǎng)7～8d即可達(dá)到穩(wěn)定的鈉化效果，而湖北、河南土需10～12d才能穩(wěn)定，并且前兩者堆場(chǎng)后性能明顯優(yōu)于后兩者。

經(jīng)過(guò)堆場(chǎng)鈉化后，膨潤(rùn)土的濕壓強(qiáng)度與原礦指標(biāo)相比變化不大，熱濕拉強(qiáng)度、復(fù)用性和膨潤(rùn)值有了明顯提高，其中以遼寧土鈉化效果最好，熱濕拉強(qiáng)度達(dá)到3.08kPa，復(fù)用性和膨潤(rùn)值相對(duì)較高。

3.2 對(duì)輥擠壓鈉化結(jié)果與對(duì)比

通過(guò)在各地考察發(fā)現(xiàn)，鑄造用膨潤(rùn)土改性用的最為普遍的就是本方法，以遼寧地區(qū)為盛。對(duì)輥擠壓鈉化加工周期短，成本低，操作也相對(duì)簡(jiǎn)單。試驗(yàn)通過(guò)改變堿添加量、水分與對(duì)輥擠壓次數(shù)等3個(gè)條件，得到了不同地區(qū)膨潤(rùn)土采用對(duì)輥擠壓鈉化方法的最佳工藝條件及產(chǎn)品性能指標(biāo)，詳見(jiàn)表3。

試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，物料水分過(guò)小對(duì)輥擠壓出料呈散裝，物料水分過(guò)大則擠壓容易粘輥，出料不順暢且擠壓力小改性效果差。當(dāng)水分為上表中所列時(shí)對(duì)輥出料成片狀且不粘輥，此時(shí)擠壓力最大改性效果最好。最合適的堿添加量與堆場(chǎng)鈉化所需堿添加量比較，除遼寧、浙江土堿添加量有些微增加，基本無(wú)變化。對(duì)輥擠壓次數(shù)又與膨潤(rùn)土改性難易程度有關(guān)，湖北、河南土對(duì)輥3次才能達(dá)到最好效果，說(shuō)明這兩種土改性難度超過(guò)另外三種土。

表3 不同地區(qū)膨潤(rùn)土對(duì)輥擠壓鈉化最佳工藝條件及產(chǎn)品性能指標(biāo)

采用對(duì)輥擠壓鈉化后膨潤(rùn)土性能較原礦有了大幅提升，指標(biāo)也高于堆場(chǎng)鈉化。新疆、浙江土兩種土對(duì)輥擠壓鈉化與堆場(chǎng)鈉化相比，熱濕拉強(qiáng)度基本無(wú)變化，而膨潤(rùn)值、復(fù)用性只有小幅提升，說(shuō)明兩土鈉化效果已近極限，采用強(qiáng)力鈉化工藝對(duì)指標(biāo)的提升空間有限，意義不大。湖北、遼寧、河南土對(duì)輥鈉化后熱濕拉強(qiáng)度均超過(guò)了3.20kPa，且其他指標(biāo)均很高，能滿足大部分鑄造用戶需求。

3.3 螺旋擠壓鈉化結(jié)果與對(duì)比

螺旋擠壓鈉化加工周期短，改性效果優(yōu)異、穩(wěn)定。試驗(yàn)通過(guò)改變堿添加量、水分與擠壓次數(shù)等3個(gè)條件，得到了不同地區(qū)膨潤(rùn)土采用螺旋擠壓鈉化方法的最佳工藝條件及產(chǎn)品性能指標(biāo)，詳見(jiàn)表4。

采用螺旋擠壓對(duì)物料水分要求高，比對(duì)輥擠壓要求水分平均高出4%～5%，而且出料成塊狀不利于后期干燥處理。螺旋擠壓均只需擠壓兩次就能達(dá)到理想鈉化效果，即使較難改性的湖北、河南土也是如此，且從各地區(qū)膨潤(rùn)土改性后產(chǎn)品指標(biāo)來(lái)看，也略高于對(duì)輥擠壓產(chǎn)品，說(shuō)明螺旋擠壓改性效果優(yōu)于對(duì)輥擠壓。

表4 不同地區(qū)膨潤(rùn)土螺旋擠壓鈉化最佳工藝條件及產(chǎn)品性能指標(biāo)

對(duì)新疆、遼寧、浙江土鈉化效果，螺旋擠壓鈉化與對(duì)輥擠壓鈉化相比基本相當(dāng)，而對(duì)湖北、河南土指標(biāo)均略有提升，說(shuō)明湖北、河南土采用螺旋擠壓工藝比較合適。

4 結(jié)論

隨著現(xiàn)在鑄造工業(yè)的飛速發(fā)展，鑄造工藝對(duì)膨潤(rùn)土的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，如GB/T 20973-2007《膨潤(rùn)土》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定鑄造用膨潤(rùn)土一級(jí)品濕壓強(qiáng)度100kPa、熱濕拉強(qiáng)度2.5kPa，已難以滿足現(xiàn)代鑄造行業(yè)使用要求。據(jù)了解，現(xiàn)在多數(shù)大型鑄造廠對(duì)鑄造用膨潤(rùn)土一級(jí)品要求濕壓強(qiáng)度120kPa、熱濕拉強(qiáng)度3.2kPa；二級(jí)品要求濕壓強(qiáng)度100kPa、熱濕拉強(qiáng)度3.0kPa。結(jié)合本文的試驗(yàn)研究，認(rèn)為不同地區(qū)鑄造用膨潤(rùn)土合適的改性工藝如表5所示。

表5 不同地區(qū)鑄造用膨潤(rùn)土建議生產(chǎn)工藝

試驗(yàn)中新疆土與浙江土的吸藍(lán)量、濕壓強(qiáng)度未達(dá)到一級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)，而按上述工藝生產(chǎn)的前提是：原礦的吸藍(lán)量、濕壓強(qiáng)度必須能達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)要求。公司現(xiàn)采用螺旋擠壓方法對(duì)湖北膨潤(rùn)土改性，所生產(chǎn)的鑄造用膨潤(rùn)土能達(dá)到濕壓強(qiáng)度120kPa、熱濕拉強(qiáng)度3.3kPa、膨潤(rùn)值75mL/3g、復(fù)用性0.55%的高指標(biāo)產(chǎn)品，并且產(chǎn)品已在湖北黃石某知名鑄造企業(yè)試用，使用效果良好。

[1]王克勤，楊越.遼西火山巖型膨潤(rùn)土礦床成礦作用的研究[J].地質(zhì)與勘探，2000(1)：6-9.

[2]殷錫鵬.建平鑄造用膨潤(rùn)土的加工述評(píng)[J].造型材料，2004(4)：39-41.

Research About Casting Performance of Bentonite From Various Regions

XIE Ai-hu
(Hubei Zhongfei Bentonite Co., Ltd., Ezhou 436061, China)

Bentonite from various regions has different performance and characters because of their different formation mechanism. In this article, some sodiumizing modification experiments are carried out on Bentonite from Hubei、Xinjiang、Liaoning、He’nan and Zhejiang five different regions, at last, we get the best production process of bentonite from the five different regions using for casting.

bentonite; sodiumizing modification; casting performance

P619.255；TG22

A

1007-9386(2011)06-0027-03

2011-07-01