凹凸棒制作中空玻璃干燥劑的研究

趙飛

（安徽強(qiáng)華電力工程檢測(cè)試驗(yàn)有限公司，安徽合肥230000）

凹凸棒制作中空玻璃干燥劑的研究

趙飛

（安徽強(qiáng)華電力工程檢測(cè)試驗(yàn)有限公司，安徽合肥230000）

由于凹凸棒晶內(nèi)存在龐大的微細(xì)孔道網(wǎng)絡(luò)，比表面積極大，表面活性非常高，吸附性能特別優(yōu)異，而且由于其晶內(nèi)大量孔道的存在，具有不小的空氣容積，因而可以考慮用作干燥劑。主要通過加入吸濕劑來提高凹凸棒石粘土的吸附性能，加入黏合劑提高樣品抗壓碎力。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)來選擇顆粒大小和燒結(jié)工藝。自制儀器測(cè)量樣品的靜態(tài)水吸附量、吸濕速率和抗壓碎力。研究結(jié)果表明：通過XRD衍射圖可以得知，樣品中含有蒙脫石和坡縷石，這些雜質(zhì)嚴(yán)重影響了凹凸棒吸濕后的顆粒結(jié)構(gòu)和抗壓碎力，使其在吸濕后膨脹開裂。加入CaCl2比加入MgCl2和CuSO4的吸濕效果好，加入適量的Na2SiO3可以提高吸濕后的顆粒強(qiáng)度，提純凹土與未提純的吸濕效果相差不明顯。燒結(jié)溫度為350℃，時(shí)間為1 h，粒徑為2.5～3.0 mm。最合適的配比是質(zhì)量比為81%凹凸棒，15%CaCl2，4%Na2SiO3，靜態(tài)水吸附量為32.9%，吸濕速率1.06%。

凹凸棒；干燥劑；吸濕性能；晶體結(jié)構(gòu)

凹凸棒[1]土（又稱坡縷石，簡(jiǎn)稱凹土）是一種具纖維紋理層鏈狀結(jié)構(gòu)的含水富鎂鋁硅酸鹽粘土礦物[2]。凹土典型分子式為：Mg5Si8O2O(HO)2(OH2)44H2O。凹凸棒石具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，晶體內(nèi)存在龐大的微細(xì)孔道網(wǎng)絡(luò)，由于其晶體內(nèi)大量孔道的存在，具有不小的空氣容積[3]，正因比表面積極大，表面活性非常高，所以吸附性能特別優(yōu)異[4]。

凹凸棒土性質(zhì)穩(wěn)定，其本身不與酸和堿產(chǎn)生任何化學(xué)反應(yīng)，溶解和烘干的方式提純具有理論上的可操作性。凹凸棒土分散性能特別好，所以提純時(shí)離心需要較高的離心力和充足的離心過程。

1 試驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

凹凸棒礦石，無水氯化鈣（分析純），氯化鎂（分析純），硫酸銅（分析純），九水硅酸鈉（分析純），氫氧化鈉（分析純），鹽酸（2 mol/L），pH紙，變色硅膠。

1.2 實(shí)驗(yàn)原料制備方法

使用錘子將凹凸棒礦石破碎成粗糙的粉末。然后將砸碎的凹土于100℃烘干，用球磨機(jī)磨碎成細(xì)粉末。然后取4 g NaOH溶于2 000 mL自來水，攪拌均勻。然后取500 g凹土加入到上述NaOH溶液，邊攪拌邊加入。然后用攪拌機(jī)攪拌40 min上述懸濁液，靜置24 h。然后用2 mol/L的HCl溶液中和，pH試紙測(cè)試。然后將懸濁液于1500 r/min離心5 min，取上層懸濁液，棄去沉淀。然后將上述上層懸濁液于4 300 r/min離心7 min，棄去上清液，取離心后固體。然后將上述步驟中的固體于100℃烘干，用研缽磨碎，此粉末為粗選后的原料，裝入密封塑料袋，存于干燥器中。

1.3 造粒與燒結(jié)方法

分別取3g MgCl2，CaCl2，CuSO4溶于40 mL自來水中，稱取3份17 g的粗選后凹土于三種添加劑溶液，攪拌均勻。靜置40 min。然后將上述混合液于100℃烘干，用研缽研磨成粉末。然后加入適量的水，手工練泥約2 h。然后練好泥后，取適量的泥，搓成直徑約3～4 mm(國標(biāo)0.5～2 mm，烘干和燒結(jié)后，顆粒都會(huì)收縮[5])的小球。將20 g泥全部搓成小球。技術(shù)要求：小球均勻?qū)ΨQ，表面無裂痕。然后將泥球顆粒靜置一段時(shí)間，使其相互不粘結(jié)。然后于80℃烘干，取1.5 g燒結(jié)。坩堝盛裝放入電阻爐隨爐升溫至350℃，在350℃燒結(jié)一個(gè)小時(shí)，燒結(jié)后的小球直徑為1.5～2 mm。

1.4 吸附速率和吸附量測(cè)試方法

吸濕速率按公式（2）計(jì)算：

2 結(jié)果與分析

2.1 蒙脫石對(duì)干燥材料凹凸棒的影響

燒結(jié)前樣品顆粒很難烘干，未烘干的樣品泥黃色，顏色較深，此時(shí)樣品顆粒強(qiáng)度較差，顆粒不松散；造粒到烘干需要烘在烘箱80℃，4 h以上，烘干后樣品顆粒偏白，顏色淺，強(qiáng)度較好；燒結(jié)后強(qiáng)度較好，顏色又轉(zhuǎn)深色，顯灰黑色；吸濕24 h后強(qiáng)度降低，顆粒膨脹，未見開裂。吸濕72 h后部分顆粒開裂，表面有可見水分，形狀無法維持強(qiáng)度，無法測(cè)量抗壓碎力。

如圖1所示，樣品中含有一些蒙脫石，蒙脫石吸水性極強(qiáng)，可以吸收幾倍甚至十幾倍自身體積的水分，吸濕后劇烈膨脹。由于膨脹倍數(shù)過大，導(dǎo)致樣品顆粒結(jié)構(gòu)破壞。

圖1 凹凸棒粉末XRD衍射圖Fig.1 XRD diffraction pattern of the Attapulgite powder

2.2 氯化鎂、氯化鈣、硫酸銅對(duì)凹凸棒吸濕性能影響的比較

為了找出最合適的無機(jī)鹽，本實(shí)驗(yàn)做了一組對(duì)比試驗(yàn)，無機(jī)鹽比例為15%，凹凸棒為85%。試驗(yàn)中提取結(jié)果的方式是靜態(tài)吸附，即吸附劑與被吸附介質(zhì)處于同一空間，而被吸附介質(zhì)沒有自上而下流過吸附劑的流動(dòng)的吸附形式。

三種無機(jī)鹽的結(jié)果如表1所示：吸濕速率都合格，靜態(tài)水吸附量都不合格；MgCl2和CuSO4效果都不好，但是CaCl2最接近國標(biāo)35%。因此這里得出結(jié)論CaCl2最好，可以作為第一添加劑。氯化鈣可以與水反應(yīng)生成二水合氯化鈣和六水和氯化鈣，由于生成的水合物表面毛細(xì)管吸附力的存在，使間隙飽和水蒸汽氣壓增加，促使化合物表面溶解形成飽和液滴，形成兩次吸濕，達(dá)到吸濕效果。而硫酸銅的吸濕能力不強(qiáng)，吸濕量不夠大，所以不滿足要求。氯化鎂吸濕能力強(qiáng)，但是吸濕量不夠大，因此也不合適。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table1 Result of experiment

2.3 氯化鈣的含量對(duì)凹凸棒吸濕性能的影響

為了找出最合適的CaCl2的比例，這里做了一組對(duì)比試驗(yàn)，CaCl2的含量分別為10%，14%，15%，17%，20%。

由圖2可知：靜態(tài)水吸附量的大小與CaCl2的比例呈拋物線趨勢(shì)，在趨勢(shì)圖上可以看出，在一定范圍內(nèi)靜態(tài)水吸附量出現(xiàn)一個(gè)峰值。靜態(tài)水吸附量都低于國標(biāo)，在含量為15%時(shí)，靜態(tài)水吸附量接近國標(biāo)，效果比較好。說明本文使用的凹凸棒礦石樣品，CaCl2的比例為15%時(shí)效果最好。

圖2 CaCl2的含量對(duì)凹凸棒靜態(tài)水吸附量的影響Fig.2 Effect of CaCl2content on the static water adsorption capacity of the Attapulgite

圖3 CaCl2的含量對(duì)凹凸棒吸濕速率的影響Fig.3 Effect of CaCl2content on the moisture absorption rate of the Attapulgite

由圖3可知：吸濕速率與CaCl2的含量呈正比趨勢(shì)，在趨勢(shì)圖上可以看到在一定范圍內(nèi)吸濕速率隨CaCl2的含量增加而增加。吸濕速率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于國標(biāo)0.5%，在CaCl2的比例為15%時(shí)吸濕速率出現(xiàn)波動(dòng)，說明CaCl2的比例為15%時(shí)吸濕劑與凹土的成分分布更合理。此時(shí)，樣品的后期吸濕能力更持久。

2.4 硅酸鈉的含量對(duì)凹凸棒吸濕性能的影響

由2.2可知CaCl2比例為15%靜態(tài)水吸附量最好但不符合國標(biāo)，吸附速率好并且達(dá)到國標(biāo)，因此要在以后的試驗(yàn)中將增加靜態(tài)水吸附量作為首選要求。所以下面的對(duì)比實(shí)驗(yàn)中將CaCl2比例設(shè)定為15%，將Na2SiO3的比例設(shè)為3%，4%，5%。

由圖4可知：CaCl2比例為15%時(shí)，靜態(tài)水吸附量與Na2SiO3的比例呈拋物線趨勢(shì)，但影響不是很大，在一定范圍內(nèi)，靜態(tài)水吸附量出現(xiàn)一個(gè)峰值。都低于國家標(biāo)準(zhǔn)，在Na2SiO3的比例為4%時(shí)，靜態(tài)水吸附量最接近國標(biāo)，效果最好。說明CaCl2含量為15%時(shí)，Na2SiO3的比例為4%比較好。

圖4 CaCl2比例為15%時(shí)，Na2SiO3的含量對(duì)凹凸棒靜態(tài)水吸附量的影響Fig.4 Effect of Na2SiO3content on the static water adsorption of the Attapulgite when the ratio of CaCl2is 15%

由圖5可知：CaCl2比例為15%時(shí)，吸濕速率與Na2SiO3的比例的呈拋物線趨勢(shì)，在一定范圍內(nèi)，吸濕速率有一個(gè)最差值，但都符合國家標(biāo)準(zhǔn)，在Na2SiO3的比例為4%時(shí)，效果最差。說明CaCl2比例為15%時(shí)，Na2SiO3的比例對(duì)吸濕速率沒有嚴(yán)重的影響。

圖5 CaCl2比例為15%時(shí)吸濕速率與Na2SiO3的比例的關(guān)系曲線Fig.5 The relationship curve of moisture absorption rate when the ratio of CaCl2is 15%

3 結(jié)論

CaCl2吸濕性能最好，可以作為本實(shí)驗(yàn)的吸濕劑，本文使用的的凹凸棒礦石樣品，CaCl2的比例為15%時(shí)靜態(tài)水吸附量最好，吸濕速率也較好，樣品的后期吸濕能力更持久。CaCl2比例為15%時(shí)，Na2SiO3的比例為4%時(shí)靜態(tài)水吸附量較好，Na2SiO3的比例對(duì)吸濕速率影響不大。樣品顆粒損壞是由于雜質(zhì)中含有蒙脫石，破壞顆粒結(jié)構(gòu)。

［1］Bradley．The structure scheme of attapulgite[J]．Am Mineral,1940，25：405．［2］鄭自立,宋綿新,易發(fā)成,等．中國坡縷石[M]．北京：地質(zhì)出版社，1997.

［3］鄭茂松,王愛勤,詹庚申．凹凸棒石黏土的應(yīng)用研究[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007．

［4］鄭淑琴,黃石,韓勇,錢東.凹凸棒土的性能及其應(yīng)用[J].廣州化工, 2010,38(5)5:82-84.

［5］陳天虎,王建,慶承松．熱處理對(duì)凹凸棒石結(jié)構(gòu)、形貌和表面性質(zhì)的影響[J]．硅酸鹽學(xué)報(bào),2006,34(11)：1406-1410．

Study on Preparation of Hollow Glass Desiccant With Attapulgite

ZHAO Fei
（Anhui Qianghua Electric Power Project Test and Experiment Co.,Ltd.,Anhui Hefei 230000，China）

There is a large micro-pore network in attapulgite crystal,so it has very big specific surface area,its surface activity is very high,adsorption performance is exceptionally good.Because of the presence of a large number of channels in its crystal,it has big air volume,so it can be used as a dry agent.In this paper,the hygroscopic agent was added to improve the adsorption properties of attapulgite clay,and the adhesive was added to improve the sample resistance to crushing force.According to national standards,the particle size and sintering process were determined. Static water adsorption capacity,moisture absorption rate and anti-crushing force of the sample were measured by home-made instruments.The results show that:XRD diffraction patterns prove that the samples contain montmorillonite and palygorskite,these impurities can seriously affect the structure and anti-crushing force of the attapulgite moisture particles,expansion cracking can appear after moisture absorption.The sample after adding CaCl2has better hygroscopic effect than the samples after adding MgCl2and CuSO4,adding an appropriate amount of NaSiO3can improve the intensity of particles after the absorption,the difference of hygroscopic effect between purified attapulgite and non-purified attapulgite is not obvious.The suitable sintering temperature is 350℃,suitable sintering time is 1 h,the particle size is 2.5～3.0 mm.The most appropriate mass ratio is 81%attapulgite,15%CaCl2and 4%NaSiO3,static water adsorption capacity is 32.9%,moisture absorption rate is 1.06%.

Attapulgite;Desiccant;Hygroscopic property;Crystal structure

TQ 127

A

1671-0460（2017）03-0416-03

2016-11-01

趙飛（1989-），男，安徽省阜陽市人，助理工程師，2012年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)，研究方向：無損檢測(cè)。E-mail：897689395@QQ.com。