國內外膨潤土加工利用情況概述

李利勤，李銳鐸，周世康，王宇斌

（1.平頂山市質量技術監(jiān)督檢驗測試中心，河南 平頂山 467000；2.河南城建學院，河南 平頂山 467036；3.西安建筑科技大學材料學院博士后流動站，陜西 西安 710055）

國內外膨潤土加工利用情況概述

李利勤1，李銳鐸2，周世康2，王宇斌3

（1.平頂山市質量技術監(jiān)督檢驗測試中心，河南 平頂山 467000；2.河南城建學院，河南 平頂山 467036；3.西安建筑科技大學材料學院博士后流動站，陜西 西安 710055）

介紹了國內外膨潤土加工利用的概況，分析了我國膨潤土加工利用存在的主要問題以及與發(fā)達國家膨潤土加工利用水平的差距，提出了我國膨潤土資源開發(fā)利用的發(fā)展方向。

膨潤土；加工利用；開發(fā)策略

膨潤土是一種用途廣泛的非金屬礦產，享有“萬能粘土”的美譽。我國擁有十分豐富的膨潤土資源，合理開發(fā)利用膨潤土對于建設綠色環(huán)保礦山及節(jié)約型社會具有重要意義。通過研究國內外膨潤土開發(fā)利用的情況，針對我國膨潤土資源高效開發(fā)利用中存在的主要問題，指出我國膨潤土加工業(yè)未來的主要發(fā)展方向是不斷提高膨潤土資源的加工利用研究水平，拓寬應用領域，從而實現這一優(yōu)勢資源的高效利用[1]。

1 膨潤土性能及其主要應用領域

膨潤土是一種以蒙脫石為主要組成礦物的天然非金屬礦產，蒙脫石的特性決定了膨潤土的基本性能。蒙脫石的晶體結構具有三層型結構單元，是由兩層硅氧四面體片(SiO4)和一層夾于其間的鋁氧八面體片[Al(Mg,Fe)O4(OH)4]構成的2∶1型層狀硅酸鹽礦物。硅氧四面體中的Si4+可被Al3+等替代，鋁氧八面體中的Al3+可被Mg2+、Fe2+等其他低價陽離子替代，從而使蒙脫石單位晶胞帶負電荷，進而使蒙脫石具有層間吸附堿金屬和堿土金屬陽離子以及極性分子的能力。蒙脫石晶格中存在陽離子類質同象替代現象，導致自然界中有不同類型的膨潤土，并且不同產地膨潤土的化學成分及性能也有明顯差異。目前國內外開發(fā)利用的主要類型是鈉基膨潤土和鈣基膨潤土。

膨潤土最重要的特性是陽離子交換性，即其層間Na+、Ca2+等離子與溶液中的其他離子之間可進行一定的離子交換。由于蒙脫石層間可吸附水分子，因而膨潤土具有吸水膨脹性。此外，膨潤土還具有分散性、粘結性、可塑性、膠體性等優(yōu)良的技術物理特性。由于這些特殊性能，膨潤土在冶金、鑄造、鉆探、化工、造紙等行業(yè)得到廣泛應用，與其相關的產品也多達500種，因此膨潤土被譽為萬能礦物，在國民經濟中具有獨特的地位。

2 國內外膨潤土加工利用概況

目前全世界膨潤土年產銷量約3 000多萬t，其中美國膨潤土的產銷量最大，約800多萬t。從發(fā)達國家膨潤土加工利用的發(fā)展情況來看，主要特點表現在：

(1) 規(guī)?；?。如美國2010年20個公司生產膨潤土約600萬t，平均產量約30萬t；17個公司生產漂白土400萬t，平均產量23萬t。

(2) 產品系列化。如美國南方粘土公司僅用于塑料改性的有機膨潤土就有7種牌號，而用于油漆、油墨等領域的有機膨潤土分為20多個牌號。

(3) 加工程度精細化。有機膨潤土的生產和應用在美國、歐洲已進入工業(yè)化實施階段，目前有機膨潤土年產量已達到6萬t左右。

(4) 應用多樣化。除傳統(tǒng)的應用領域外，膨潤土及其深加工產品的應用領域不斷拓寬，例如有機膨潤土除作為油漆的防沉劑、增稠劑外，目前已是塑料等聚合物改性的重要原料，美國已開發(fā)出了用于納米塑料生產的膨潤土系列產品[8-9]。

近年來，國外膨潤土產品消費增長較快的領域主要有[10-14]：

(1) 建筑工程。利用膨潤土的潤滑性、粘結密封性、增稠性及膠凝性制成泥漿，可用于各種土壤作業(yè)的襯壁防滲，如土地防滲、水泥及混凝土施工添加劑、污水處理及隧道盾構潤滑等。

(2) 寵物墊料。利用膨潤土強吸附性，可使污染的墊料易于處理。作墊料用膨潤土要求吸附液體和臭味能力強，顆粒大小均勻，受潮后不崩解。

肉眼觀：表面有完整包膜，呈分葉狀，切面灰白淡黃相間，質中等。鏡檢：腫瘤細胞呈短梭形，核大深染，部分排列密集，部分排列疏松，可見黏液樣基質。

(3) 特種市場，包括化妝品、制藥、醫(yī)療等。主要利用活化膨潤土、有機膨潤土及白膨潤土。

(4) 近年來國際上對白膨潤土的需求與日俱增。白膨潤土主要用于絕緣瓷作增塑劑等領域，由于其產量較少，因此各國都在積極尋找新的白膨潤土資源。國外生產白膨潤土產品的公司包括：American Colloid公司、Milwhite公司等企業(yè)。

我國膨潤土礦產資源儲量占世界第一位，已發(fā)現膨潤土礦床(點)400多處、探明礦山近百處，分布于全國23個省區(qū)，探明儲量達到20億t以上。但是由于開發(fā)利用起步較晚，目前我國膨潤土累計開采量不足探明儲量的1%。同時，開發(fā)利用程度也很低，尤其是膨潤土的深加工和高附加值利用是目前我國膨潤土加工行業(yè)的一個薄弱環(huán)節(jié)，造成國內膨潤土產品在國際市場上“低出高進”的局面，即出口膨潤土原礦等低端產品，進口有機膨潤土等高端產品。

國內膨潤土加工業(yè)的基本特點如下：

(1) 企業(yè)生產規(guī)模小。據不完全統(tǒng)計，全國現有膨潤土礦山和加工企業(yè)300多家，產量萬噸以上企業(yè)僅有20多家，大多數年產量在萬噸以下。

(2) 技術裝備落后。由于對基礎研究工作重視不夠，工藝技術水平落后，許多企業(yè)甚至沒有連續(xù)的生產線，有些小型企業(yè)還采用作坊式的生產方式。

(3) 產品品種單一、質量不穩(wěn)定，缺乏競爭力。

(4) 高附加值產品的生產尚未形成規(guī)模，全國活性白膨潤土的產量僅幾十萬噸、有機膨潤土的產量不足5 000t。

目前，我國膨潤土加工業(yè)已形成了較大的規(guī)模，年產銷量約300萬t；但仍以初級加工產品為主，應用領域主要集中在傳統(tǒng)的鑄造、冶金球團和鉆井泥漿三大領域。白度較高的膨潤土原礦僅用于陶瓷原料，在石化等高價值應用領域的消費量所占比例較低，尤其活性白膨潤土、有機膨潤土等高附加值產品的數量和質量尚不能滿足需求。此外，我國有機膨潤土生產工藝技術水平低、產品質量極不穩(wěn)定、產品品種單一等問題，一直未有大的突破。因此，國內現有有機膨潤土的產量不足3 000t，國內石油鉆井等行業(yè)需要的有機膨潤土主要從美國進口。

3 我國膨潤土高效開發(fā)利用急需解決的關鍵問題

(1) 重視對不同類型膨潤土應用專屬性的基礎研究。

根據膨潤土所含蒙脫石的層間可交換性陽離子的種類、數量和比例，可以劃分出許多不同類型的膨潤土。例如根據堿性系數的大小，可分為鈉基膨潤土和鈣基膨潤土。此外，膨潤土根據蒙脫石八面體位Al3+被Mg2+類質同象置換的程度差別，還可劃分為切托型(也稱高電荷型)、懷俄明型(也稱低電荷型)以及它們的過渡型。除此之外，不同膨潤土中蒙脫石的結晶有序度也有差異。

不同類型及產地的膨潤土所表現出的物理和化學性質也各不相同。因此，從應用的角度研究不同膨潤土適宜的領域和深加工方法是十分重要的基礎性工作。

(2) 加強膨潤土原料的選礦提純研究。

膨潤土礦原料的純度、粒度及白度是影響其深加工產品質量和應用性能的重要因素，這是保證產品應用的前提條件。但是長期以來，國內膨潤土加工行業(yè)對這一問題不夠重視，相關研究較少，對原料品質的控制不嚴格，這是導致深加工產品質量不穩(wěn)定的重要原因。

(3) 積極開拓膨潤土深加工領域新技術。

膨潤土深加工技術和產品質量控制技術一直是國內膨潤土加工業(yè)未能很好解決的問題，主要表現在不考慮原料的不同品質和性能，直接模仿和套用現成的工藝方法和工藝參數；不進行針對性的技術開發(fā)工作，致使產品質量無法保證，技術水平停滯不前等。因此，大力加強膨潤土深加工新技術研究和現行生產工藝技術的優(yōu)化改進，是我國膨潤土加工業(yè)亟待解決的關鍵問題之一。

(4) 強化深加工產品的系列化生產工藝研究。

目前國內膨潤土加工企業(yè)普遍存在深加工產品品種單一，靠一種或少數幾種產品打天下的問題，這嚴重制約了企業(yè)的效益和發(fā)展。由于不同應用領域對膨潤土產品性能的要求不同，生產企業(yè)應按照用戶的不同要求設計相應的加工工藝方法。系列化產品也應從膨潤土原料的選擇和性能的分析檢測、不同性質膨潤土礦的應用專屬性、深加工工藝、改性工藝等方面入手，開展系統(tǒng)深入的技術研發(fā)工作，系列化產品的生產是我國膨潤土加工業(yè)走向成熟的一個重要標志。

4 結語

膨潤土是我國的優(yōu)勢礦產資源，用途廣泛，其合理開發(fā)利用對于我國相關礦山及國民經濟的發(fā)展具有十分重要的意義。與國外相比，我國膨潤土生產企業(yè)規(guī)模、加工技術及產品質量均有較大差距。從加強基礎研究等方面入手，不斷提高膨潤土資源的加工利用水平，拓寬應用領域，從而實現這一優(yōu)勢資源的高附加值利用，將是未來我國膨潤土加工的主要發(fā)展方向。

[1]李鐘模.中國膨潤土礦資源及開發(fā)利用現狀[J].化工礦物與加工,2005(1):42-43．

[2]韓紅青,朱岳.膨潤土改性及其應用研究[J].無機鹽工業(yè),2011,43(10):5-8．

[3]詹建華.寧國膨潤土提純及鈉化改性研究[J].中國非金屬礦工業(yè)導刊,2011(1):9-11．

[4]潘嘉芬.鈣基膨潤土環(huán)保材料的鈉化改性及其印染廢水脫色處理試驗分析[J].中國礦業(yè),2005,14(2):62-64．

[5]劉曉東,呂憲俊.鈣基膨潤土酸法活化工藝的研究[J].礦業(yè)快報,2003(11):11-14．

[6]邱俊,呂憲俊,宋吉勇.有機改性蒙脫石的研究進展[J].中國粉體技術,2006(3):40-44．

[7]宋美寧,呂憲俊.有機膨潤土的制備工藝及應用現狀研究[J].中國非金屬礦工業(yè)導刊,2005(4):13-17．

[8]孟翠鳴.國外漂白粘土和澄清粘土的產銷現狀綜述[J].化工礦產地質,2003,25(2):110-114．

[9]林浩,管俊芳,李倩,等.美國粘土資源產售狀況分析及預測[J].資源環(huán)境與工程,2008,22(6):640-643．

[10]KOCH, D. Bentonites as a basic material for technical base liners and site encapsulation cut-off walls[J]. Applied Clay Science, 2002, 21(1): 1-11.

[11]DEL H C, RIVES V, VICENTE M A. Thermal studies of pharmaceutical clay systems Part I: Montmorillonite based systems[J]. Thermochimica Acta, 1996, 286(1): 89-103.

[12]JIN K P, YOUNG B C, JAE M O, et al. Controlled release of donepezil intercalated in smectite clays[J]. International Journal of Pharmaceutics, 2008, 359(1/2): 198-204.

[13]PLEE D, LEBEDENKO F, OBRECHT F, et al. Microstructure Permeability and Rheology of Bentonite-cement Slurries[J].Cement Research, 1990, 20(1): 45-52.

[14]SCHOENFELDER W. DIETRICH J, MARTEN A, et al. Studying Diffusive Water Transport in Bentonite-cement Mixtures of very Low Hadraulic Conductivity[J]. Magnetic Resonance Imaging, 2007, 25(4): 582-586.

Overview of Processing and Utilization of Bentonite Around the World

LI Li-qin, LI Rui-duo, ZHOU Shi-kang, WANG Yu-bin
(1. The Testing Center of Quality and Technology Supervision in Pingdingshan, Pingdingshan 467000, China;2. Henan University of Urban Construction, Pingdingshan 467036, China; 3. Postdoctoral Research of Materials Science and Engineering, Xi'an University of Architecture and Technology, Xi'an 710055, China)

The article presented an overview of processing and utilization of bentonite around the world. The main difficulties of processing and utilization in china and the gap between the level of processing and utilization of bentonite in the developed countries were analyzed and some suggestions were proposed for the development of using bentonite.

bentonite; processing and utilization; development strategy

P619.255;TD985

A

1007-9386(2012)05-0010-03

2011-11-24