膨潤土干燥劑的加工與分析

師連波，張元喜，張學民

（1.建平華特北方化工有限公司，遼寧 建平 122400；2.朝陽呈祥膨潤土有限公司，遼寧 朝陽 122300）

膨潤土是一種分布廣泛的非金屬礦產(chǎn)，其主要礦物成分為蒙脫石。蒙脫石是少量堿土金屬的含水層狀鋁酸鹽礦物，由兩層硅氧四面體片和一層夾于其間的鋁(鎂)氧(羥基)八面體片構(gòu)成，屬2∶1 型。膨潤土具有很大的內(nèi)外表面積(600～800m2/g)，伴隨產(chǎn)生了巨大的表面能。這些決定了蒙脫石具有較高的離子交換容量及吸附水分子的能力，并伴隨著膨脫石的含量增高，干基蒙脫石可應用于膨潤土干燥劑的加工與生產(chǎn)。

膨潤土干燥劑是一種新型干燥劑，是純天然的膨潤土干燥活化制成，不含任何添加劑和易溶物。膨潤土干燥劑主要特點：吸附速度快，吸附能力強，能吸附相當于自身體積8～20倍的水而膨脹至30倍，更有較強的陽離子交換能力和吸附能力；吸附活性靜態(tài)減濕和異味去除等功效，無毒無味無接觸性腐蝕，無污染，尤其對人體無損害。產(chǎn)品在室溫及一般濕度下吸附性能良好，具有吸附活性。廣泛應用于不能采用油封、氣相封存的產(chǎn)品中，如：光學儀器、電子產(chǎn)品、醫(yī)學保健、食品包裝、民用產(chǎn)品、集裝箱海運等密封包裝的防潮、吸濕、防霉變。除吸濕外，還可吸附其他有害氣體(如甲醛)和異味等。

1 膨潤土做干燥劑機理

1.1 蒙脫石顆粒表面的水化作用

蒙脫石表面帶負電荷，使整個顆粒表面存在一個靜電場，因此必然促使其偶極性的水分子呈定向排列。硅氧四面體晶格表面上裸露的氧原子可與水分子的HO基形成氫鍵，靠近蒙脫石周圍表面的水分子就通過氫鍵與硅氧四面體的氧原子相鍵和。顆粒表面靜電場越大，吸濕能力也越高。

1.2 層間可交換陽離子的水合作用

完全脫水的蒙脫石，層間距約為0.96nm，不足1nm，層間陽離子的種類和水合程度的不同，晶層間距是不一樣的，在相同溫度下，不同介質(zhì)層間距不同，干蒙脫石吸濕性很強，在自然條件下，晶層間距約為1.2～1.5nm，在不同空氣溫度下，隨著層間所吸附的陽離子不同而吸濕性不同，而鈣蒙脫石比鈉蒙脫石吸濕膨脹能力大，尤其是低溫條件下更是這樣。

用膨潤土生產(chǎn)的干燥劑，具有蜂窩狀的無數(shù)孔隙，表面積相當大，交換容量大，吸濕性能佳；引起膨潤土吸濕膨脹的動力是層間交換性陽離子和晶層表面的水化能。

2 膨潤土干燥劑的加工條件

2.1 干燥劑用膨潤土原料的選擇

膨潤土干燥劑國家標準正在制定中，基本標準如表1所示。

表1 膨潤土干燥劑質(zhì)量指標

所有的膨潤土在干燥后都具有吸濕性，但達到干燥劑級別的膨潤土相對占膨潤土總量的1/10不到。所以對膨潤土要進行測定試驗才能確定其是否可用于膨潤土干燥劑的加工。本試驗選取了遼寧朝陽地區(qū)幾種膨潤土進行干燥劑顆粒的生產(chǎn)試驗，相關試驗參數(shù)見表2。

通過表2可以明顯的看出生產(chǎn)干燥劑用膨潤土原料的色澤以紫紅色、紫色、白色為宜。而水化性能較好的膨潤土，在做膨潤土干燥劑時，塊狀的抗壓強度低，且吸濕后易粉化，不利于二次使用。這些說明用作膨潤土干燥劑用的膨潤土須具備高吸藍量、低膨脹倍、且色澤以紫紅色或白色為最好。

表2 膨潤土干燥劑原料選擇試驗分析結(jié)果

2.2 吸藍量對吸濕性能的影響

選擇上述試驗用的1、5、7、10、11、12號樣進行吸濕性能測試。加工工序如下：將選定的膨潤土原料自然條件下風干，使膨潤土的水分在14%～15%之間，然后用對輥擠壓機制成一定規(guī)格的自然顆粒，經(jīng)烘干機烘干、篩分，在不吸濕的條件下得試驗樣品并測試。

將待測的樣品放入特制的吸濕率測試裝置(具體見下圖)中進行吸濕率測定，環(huán)境溫度為25℃，相對濕度40%，吸收7～9h后稱量，用分析天平準確稱量其增重，計算其吸濕率。表3用不同吸藍量的干燥劑(測試前試樣均在烘箱內(nèi)以105～110℃干燥2h)測試吸附率。

膨潤土干燥劑動態(tài)吸附裝置

表3 膨潤土吸藍量與吸濕率關系

通過表3可知：吸藍量高的膨潤土干燥劑，其吸濕率同樣也高。在上述試驗過程中也加入了膨潤土干燥劑樣品，1、10、11、12號樣品的吸濕效果完全達到膨潤土干燥劑的水平。

2.3 烘干溫度對膨潤土干燥劑的影響

使用的樣品為上述膨潤土10、12號樣，加工條件與前述一樣，只有干燥溫度不同。干燥時間為4h。在試驗室馬沸爐內(nèi)烘干，試驗結(jié)果見表4。

表4 干燥溫度對吸濕率影響

從表4可以看出，隨著膨潤土干燥劑處理溫度的升高，其吸濕率先增后降。在200℃以前增加不明顯，到300℃時，吸濕率達到最大，而到400℃時吸濕率已大幅下降。膨潤土主要物相是蒙脫石，蒙脫石晶層間存在可交換性陽離子，被水分子包圍形成水合陽離子，從其熱分析特征可知，在135～215℃時，蒙脫石主要脫去的是部分層間水，失重介于15%～25%之間，隨著層間水脫去，表面積開始增大，因而吸附水性增加。當處理溫度大于400℃時，層間水全部脫去，層間距變小，吸附質(zhì)不易進入層間使其吸附其它陽離子與水合分子的能力下降。另外，可能是由于此時已無與吸附質(zhì)結(jié)合形成水合物的層間水也是導致吸水功能下降的另一原因。因此，對膨潤土干燥劑干燥的最佳溫度應為250～300℃之間。

2.4 填加助劑

為提高膨潤土干燥劑的吸濕率可在加工過程中填加部分助劑，助劑有CaCl2、MgSO4、Na2SO4、CaSO4、Na2CO3等，加入量在0.5%～1.0%左右，主要目的是提高干燥劑吸濕性能，但要防止表面返濕、粘手等不良現(xiàn)象。下面以氯化鈣與硫酸鈉為助劑對部分膨潤土干燥劑樣品進行試驗，吸濕條件與上述試驗相同，試驗數(shù)據(jù)見表5。

表5 膨潤土干燥劑與加助劑后的吸濕率對照

通過對膨潤土干燥劑產(chǎn)品添加助劑能增強干燥劑的吸濕效果。但對于建平及周邊地區(qū)的膨潤土而言，加氯化鈣要優(yōu)于加硫酸鈉(加量相同的條件下)。在添加助劑時，一定要考濾到其對膨潤土干燥劑的衛(wèi)生條件的影響，如氯離子是否超標等。

3 膨潤土干燥劑的生產(chǎn)工藝

3.1 生產(chǎn)工序

(1) 精選原礦,通過粗碎機械粗碎→擠壓或粉碎(粗篩)，去除原料中的雜質(zhì)等。

(2) 篩選把大粒與細粒去除→振動篩或旋轉(zhuǎn)篩(篩分)。

(3) 把初選的膨潤土顆粒送烘干設備干燥→旋轉(zhuǎn)式烘干設備，最好使用加熱源與烘干料不直接接觸式烘干設備。

(4) 烘干的顆粒冷卻→長距離冷卻篩一同造粒，或把烘干的顆粒送入冷卻罐中冷卻后進行篩選。

(5) 冷卻到一定溫度，計量，封裝。

3.2 主要參數(shù)

原料膨潤土蒙脫石含量大于95.5%；篩分后的膨潤土顆粒粒徑為0.5～4.0mm；烘干設備的干燥溫度應低于300℃，最高不應超過500℃；烘干的膨潤土顆粒水分應小于4%；裝干燥劑顆粒的包裝應采用雙內(nèi)襯或單內(nèi)襯壓膜袋包裝；塑料袋內(nèi)襯袋應采用熱壓封啃,外層用縫包機封口。

3.3 主要指標

在25℃時，RH濕度40%條件下，吸濕率大于16%；水溶液pH值為6.0～8.5之間。

3.4 工藝

提純原礦→粗碎→篩分→烘干→冷卻→計量→包裝→成品。

如添加助劑可在粗碎前將助劑溶于水中加入原料中用裝載機混均。風干到一定水分后進行破碎。

4 結(jié)語

膨潤土(蒙脫石)干燥劑與硅膠(硅膠生產(chǎn)能耗高，污染重)相比具有價格低廉、吸附速度快、制備成本低等優(yōu)點。與目前市售的其他類型干燥劑相比，不僅吸附速度快，吸附能力高且無毒、無味、無味無觸腐蝕性、無環(huán)境污染等優(yōu)勢，尤其應用于食品包裝，對人體無損害，所以，膨潤土用于生產(chǎn)干燥劑具有廣闊的市場。

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