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凹凸棒土
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凹凸棒土

  凹凸棒土又稱坡縷石(Palygorskite)或坡縷縞石,是一種具鏈層狀結構的含水富鎂鋁硅酸鹽粘土礦物。其結構屬 2:1型粘土礦物。在每個2:1單位結構層中,四面體晶片角頂隔一定距離方向顛倒,形成層鏈狀。在四面體條帶間形成與鏈平行的通道,通道橫斷面約3.7*6.3A°。通道中充填沸石水和結晶水,見凹凸棒石粘土晶體結構圖。



成分

  凹凸棒石粘土是指以凹凸棒石(attapulgite )為主要組分的一種粘土礦物。凹凸棒石為一種晶質水合鎂鋁硅酸鹽礦物,具有獨特的層鏈狀結構特征,在其結構中存在晶格置換,幫晶體中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+,晶體呈針狀,纖維狀或纖維集合狀。凹凸棒石具有獨特的分散、耐高溫、抗鹽堿等良好的膠體性質和較高的吸附脫色能力。并具有一定的可塑性及粘結力,其理想的化學分子式為:Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O。具有介于鏈狀結構和層狀結構之間的中間結構。




  凹凸棒石呈土狀、致密塊狀產于沉積巖和風化殼中,顏色呈白色,灰白色,青灰色,灰綠色或弱絲絹光澤。土質細膩,有油脂滑感,質輕、性脆,斷口呈貝殼狀或參差狀,吸水性強。濕時具粘性和可塑性,干燥后收縮小,不大顯裂紋,水浸泡崩散。懸浮液遇電介質不絮凝沉淀。


  凹凸棒石形態呈毛發狀或纖維狀,通常為毛毯狀或土狀集合體。莫氏硬度2—3,加熱到700~800°C,硬度>5。比重為2.05~2.32。

  

資源分布

  凹凸棒石礦物幾乎遍及世界各地,但具有工業意義的礦床所占比例不大,僅限于美國、中國、西班牙、法國、土耳其、塞內加爾、南非、澳大利亞、巴西、以色列、沙特阿拉伯、瑞士、英國 、俄羅斯(Irkutsk ,伊爾庫茨克)、吉爾吉斯斯坦、哈薩克斯坦、烏克蘭、亞美尼亞、阿塞拜疆、白俄羅斯、尼泊爾等國,據不完全統計,世界探明儲量約14億噸。

  其中品位最高的凹凸棒土位于美國AMI公司的礦山。


產品特點

1、 增稠性好漆膜豐滿,開罐效果極佳;

2、 懸浮性好。有效防止油漆、涂料沉淀、分層;

3、 搖融性好。容易涂刷,在剪切力的作用下變稀,靜止后又變稠;

4、 觸變性好。直接添加,有良好的相容性,無須改變工藝和配方;

5、 流平性好。防縮孔和魚眼,不易流掛;

6、 耐侯性好。具有較強的耐酸堿性、耐腐蝕性和防霉性;

7、 絕熱性好。耐高溫,絕熱,絕緣;

8、 環保性好。化學惰性,無污染,抑制微生物生長,吸收有毒揮發成分,綠色環保。


凹凸棒土的應用
工藝特性

  凹凸棒石粘土具有陽離子可交換性,江蘇盱眙等地各類凹凸棒石粘土可交換鈣離子量為7.5~12.5mmol/100g,可交換鎂離子量2.5~7.5mmol/100g。經活化處理后,可交換陽離子量明顯提高。

吸附脫色性能,其脫色力和凹凸棒石含量有關,含量越高脫色力越強。

強吸水性和造漿性能等。


主要用途

  由于凹凸棒石粘土具有的特殊的物理化學性質和工藝性能,使其在石油、化工、建材、造紙、醫藥、農業等方面得到廣泛應用。國內目前用量最大的是涂料、鉆井泥漿、食用油脫色。


各行業中的應用
凹凸棒石阻燃材料

  凹凸棒石具有較好的長徑比和豐富的內孔道,既是較好的增強材料又具有阻燃作用,在高溫下失去結構水而產生水蒸氣,可以阻隔氧氣,并能產生熱穩定性較好的以MgO、Al2O3為主的氧化物隔離層。

  姚超等以聚磷酸銨(APP)與三羥乙基異氰脲酸酯(THEIC)為膨脹阻燃劑(IFR),以凹凸棒石(ATP)為協效劑,采用熔融共混法制備具有阻燃性能的高密度聚乙烯(HDPE)復合材料,通過對復合材料的紅外光譜、氧指數、熱失重和錐形量熱分析,得到ATP 對阻燃HDPE燃燒性能的影響條件。
  結果表明:添加少量的ATP 能催化APP-THEIC 間的酯化反應, 提高了HDPE 的阻燃性能;HDPE、IFR、ATP 質量分數為70%、28%、2%的HDPE-IFR-ATP 復合材料其氧指數達30%, 阻燃等級提高為V-0,體系的熱釋放速率峰值和總熱釋放量比HDPE、IFR 質量分數為70%、30%的HDPE-IFR復合材料分別降低了22.7%和26.7%。


建筑行業

  白云石凹凸棒石粘土作為涂料的填充劑、流平劑、增稠劑和穩定劑,其性能好,成本低,可代替傳統的輕鈣。凹凸棒石涂料的涂膜在電鏡里觀察,其晶體呈網狀排列,均勻地分布在有機粘結劑中,所以涂膜耐洗擦。




  尤其是凹土在外力攪拌下分散性好,形成穩定的不被電解質破壞的懸浮液,使涂料不沉淀、不分層,與傳統的106涂料相比較,具有多種優越性:涂刷性能好,不流掛,節約鈦白粉的用量,還可作油漆的填料,墻板材料的填料,生產天花板墻壁板,其特點是:對水份接受、排放性能強,不膨脹不變形,粘結性能好,質輕韌性大,具有隔熱保暖、吸聲的作用,可防蟲蛀,抗垂度強,能適應空氣溫度的變化,且不變形。


輕工

  揉革,用凹土代替蘇打揉革,可節約20-30%貴重紅礬的用量,降低成本。揉制時間從6.2小時減少到4.2小時,揉出的革外觀好,彈性強,豐富、柔軟;

  也可作橡膠的填料,皮鞋底的填料,來增加除臭透氣能力,用凹土作為香型塑料花,釋放慢,保香時間長,成本低,柔軟不易破裂,造型美觀逼真。

  在造紙行業可作紙張加填和涂布顏料,主要用于凹版印刷,并可用于膠印、顏料、涂布紙和涂布紙板,造紙業正從酸式造紙向堿性造紙轉化,隨著中性施膠技術的推廣,特別是涂布紙和紙板產量的增長,需求較大。


農業、畜牧業、多種經營

  凹土粉作為混合飼料的添加劑,以其特有的物理性能,能促進動物機體的新陳代謝,提高飼料轉化率,使動物食欲旺盛,增重快,降低飼養成本。同時還具有優良的吸附性,能有效地吸除動物的大腸肝菌、腸道毒素,起到防疫治病、除蟲殺菌的作用,并提供牲畜生長必要的微量元素;

  作為顆粒飼料的粘結劑,具有良好的粘結力,既降低了飼料生產成本,又可提高飼料的利用率,它能吸附魚塘中的氨離子,防水質污染,防腐臭。作為復合肥粘結劑,造粒成型率高,時間短,所造顆粒強度高,表面光潔度好,保肥時間長,因此這種粘結劑,能提高生產能力,還可以節約滑石粉、氯化銨等高價原料的用量;

  以凹凸棒石作為農藥的懸浮劑和載體,生產特效農藥,可延長藥效,保質期長,并降低農藥生產成本;作化肥廠制氣的煤球粘結劑,粘結力強,強度高,成本低,造氣率高,還可提高煤球固定碳含量,降低粉塵污染等。


紡織

  作為染料的懸浮劑填料,具有不掉色,著色力強,耐擦洗,色彩鮮艷,生產成本低等優點,還可作紡織行業的涂布刮漿。作印花糊料,在紡織印染行業中,活性染料常用的印花糊料為海藻酸鈉。由于海藻酸鈉粘度大,質量不穩定,應用中常出現沾網、拖帶和錯位而影響產品質量,凹土糊料可使印制產品得色深、色牢度強、質量優、并可顯著降低印染成本。


地質勘探、海洋鉆井中的應用

  膠體級凹凸棒石粘土經進一步進行物理化學加工,增加其造漿率,可制成符合OCMA和API標準的抗鹽粘土,而應用于地質鉆探、地熱鉆井、石油鉆井,特別是在內陸含鹽地層鉆探、海洋鉆井及超深鉆探中,使用該產品作為泥漿材料,具有分散性好、造漿率高、密封性好、抗鹽堿耐高溫性能穩定、防止井塌、保護井壁、減少廢井率等優點,并能降低鉆井成本。






脫色及水處理

  使用凹凸棒石粘土對液體葡萄糖脫色可將由粉末活性炭凈化的十二道工序減少到十道工序,工藝周期縮短50分鐘。用凹凸棒石粘土凈化的成品糖,其色澤、體態、濃度、還原糖含量、PH值、二氧化硫離子含量、氯根含量、蛋白質含量、熬糖溫度以及鈣鎂離子含量等均達到現行行業標準,節約脫色處理費用60%左右,脫色后的濾餅可作混合飼料,減少了環境污染。

  水凈化的常規方法是經過絮凝、沉淀、過濾和化學處理,一般能有效地除去大多數污物和殺死大多數微生物,然而不能很有效地除去諸如激素、農藥、病毒、毒素和重金屬離子等類物質。而凹凸棒石粘土可用接觸或過濾技術處理水,可以消除這些有害物質。


洗滌助劑方面

  替代合成洗衣粉及洗發精中的主要助洗劑三聚磷酸鈉(STPP)。我國是人口大國,洗滌劑的年需要量在百萬噸以上,其中助洗劑需求在30萬噸以上。助洗劑主要為三聚磷酸鈉。三聚磷酸鈉對環境的危害極大,而凹土具有較深的螯合鈣、鎂離子能力,是比較理想的洗滌助劑,加上其較低的價格,是三聚磷酸鈉理想的替代產品。


分子篩原料

  分子篩選用鈉、硅、鋁含量比在一定范圍內制得,其粒經2-10mm含水量1.5%堆積密度0.68以下,抗壓強度>5Kg/Cm2,在化工等行業具有廣泛的應用。我國每年需4A分子篩120萬噸,凹土選擇吸附性比較強,可作為分子篩的重要原料,所占比例可在10%以上。


干燥劑

  經精工制得的干燥劑,具有蜂窩狀的無數孔隙,其表面積相當大。其吸濕率變化范圍在23.38--27.43%之間,遠遠超過國外干燥劑(吸濕率19%),且質量比較穩定。


化妝品原料

  經精選后的凹土作化妝品的原料具有優良的平滑性、密合性和通氣性,特別適合于粉底胭脂、撲粉、眉目、口紅等化妝品。利用其多孔性將芳香性物質(香精、香料)浸漬在土中能制作香味穩定持續釋放6個月以上的緩釋芳香劑,在蚊香中使用粘土作填料,用量達10%--50%,與其它材料配合可用作液體蚊香的吸液芯,使藥劑在較低的加熱溫度下有足夠的揮發量。


塑料橡膠的填料

  經提純精加工后的凹土在這方面的使用量較大。我國塑料工業95年產量700萬噸,至2000年塑料產量將達1600萬噸。1995年全國塑料工業用非礦量約占總量的10%,主要用于編織袋、打包帶、地板、塑料薄膜。具有防打滑防粘等作用。


在乳液中的應用

  凹凸棒土具有良好的力學穩定性,可用于增強水性乳液的力學性能,同時凹凸棒土表面豐富的活性基團可以提高乳液的基材的表面附著力,增強后的復合乳液具有一定的柔軟性,雖然透光率有所降低,但影響不大,下降5%左右。


其他方面

  用于脫色:如黃凡士林的脫色,“8205”的脫色,純化試驗煤油瀝清的脫色,動植物油脂的脫色,塑料發泡靈的脫色,食油中黃曲霉素的吸附。用于催化劑:用凹凸棒石作催化劑以制造二氨基苯甲烷和多甲基多苯胺齊聚物及二氯乙烷,重油加氫和已二氰的磷酸鹽催化劑的載體也可用凹凸棒石。

  此外,在冶金行業上作為鑄造型砂粘結劑、鐵礦球團粘結劑及在太陽能利用方面、放射物質的處理、原子能工業、復印復寫和印刷等等各行各業都能得以應用。


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