一種球團(tuán)用膨潤土及其鈉化工藝的制作方法

本發(fā)明屬于球團(tuán)用膨潤土制備，更具體地說，涉及一種球團(tuán)用膨潤土及其鈉化工藝。

背景技術(shù)：

1、膨潤土是最主要的球團(tuán)用無機粘結(jié)劑，其主要成分為蒙脫石。蒙脫石是由兩層硅氧四面體片中間夾一層鋁(鎂)氧八面體片構(gòu)成的2：1型層狀硅酸鹽，由于其松散的層間結(jié)構(gòu)，水分子或其他有機分子可以進(jìn)入層間，使其擁有吸水膨脹性、高分散性、吸附性等獨特性質(zhì)。一般情況下，膨潤土可吸附自身體積8-15倍的水量，體積膨脹可達(dá)數(shù)倍甚至幾十倍，在水介質(zhì)中能分散成膠凝狀和懸浮狀，這些獨特的性能為膨潤土用作球團(tuán)粘結(jié)劑創(chuàng)造了條件。

2、國內(nèi)膨潤土普遍雜質(zhì)多、質(zhì)量差，且多為鈣基膨潤土，用于生產(chǎn)中配入球團(tuán)礦的比例高達(dá)3％，因此易導(dǎo)致球團(tuán)鐵品味降低嚴(yán)重。在此基礎(chǔ)上，研究者們著重于提升膨潤土的自身性質(zhì)，采用物理提純、化學(xué)提純、鈉化改性、有機改性等方法對膨潤土進(jìn)行提質(zhì)改性，并開展了廣泛的研究。其中，鈣基膨潤土的鈉化改性是通過采用鈉化劑使鈣基膨潤土轉(zhuǎn)變?yōu)殁c基膨潤土，但現(xiàn)有膨潤土的鈉化改性工藝存在提質(zhì)改性時間較長、效率較低，或效果不明顯的問題，因此進(jìn)一步提高膨潤土的鈉化改性效率及效果具有重要的意義。

3、經(jīng)檢索，中國專利申請?zhí)枮?017103634981的申請案公開了一種鈉化膨潤土及其制備方法，其鈉化膨潤土由以下的重量份數(shù)原料制備而成：鈣基膨潤土90-98份，鈉鹽1-10份，增粘劑1-3份，增效劑0.5-2份，潤滑劑0.01-1份。該申請案采用先酸化后復(fù)合的制備方法，避免硫酸與其他組分的化學(xué)反應(yīng)，同時，酸化后的膨潤土吸收性，穩(wěn)定性，潤滑性都得到了較大的提高，但其整體制備工藝較為復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有膨潤土原土鈉化改性工藝存在的效率較低或效果不明顯的技術(shù)問題，而提供了一種球團(tuán)用膨潤土及其鈉化工藝。采用本發(fā)明的鈉化改性工藝不僅能夠有效保證鈉化效果，同時還能夠降低膨潤土的提質(zhì)改性時間，提高提質(zhì)改性效率。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

3、本發(fā)明提供了一種球團(tuán)用膨潤土的鈉化工藝，包括：

4、先向鈣基膨潤土礦漿溶液中加入六偏磷酸鈉，經(jīng)充分分散實現(xiàn)鈣基膨潤土的一級鈉化處理，一級鈉化處理過程中po43-與膨潤土中的鈣離子反應(yīng)形成[capo4]-，以使膨潤土顆粒表面帶負(fù)電；

5、向經(jīng)一級鈉化處理后的膨潤土礦漿溶液中繼續(xù)加入碳酸鈉，經(jīng)充分混合分散，實現(xiàn)鈣基膨潤土的二級鈉化處理；

6、向經(jīng)二級鈉化處理后的膨潤土礦漿溶液中繼續(xù)加入焦磷酸鈉，經(jīng)充分混合分散，焦磷酸根離子與鈣離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物沉淀，進(jìn)一步實現(xiàn)膨潤土的三級鈉化處理。

7、針對現(xiàn)有膨潤土原土鈉化改性工藝存在的要么效率較低，要么鈉化效果不明顯的技術(shù)問題，本發(fā)明對膨潤土的鈉化工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，一方面通過六偏磷酸鈉、碳酸鈉和焦磷酸鈉的復(fù)合使用，另一方面對三種物質(zhì)的添加時機進(jìn)行優(yōu)化，從而不僅可以有效改善膨潤土的鈉化效果，使其滿足一級膨潤土的質(zhì)量要求，進(jìn)而防止其作為粘接劑添加到球團(tuán)中使用時對球團(tuán)的鐵品位影響較大；同時還可以有效保證蒙脫石的收得率，并顯著提高鈉化效率，且整體工藝操作簡單，易于進(jìn)行工業(yè)化推廣應(yīng)用。

8、具體的，現(xiàn)有技術(shù)中通常都是添加碳酸鈉作為膨潤土的鈉化劑，但單純采用碳酸鈉作為鈉化劑時，若碳酸鈉的添加量較低，則導(dǎo)致蒙脫石的收得率較低，需要對殘渣進(jìn)行二次提純；若碳酸鈉的添加量較高，則會導(dǎo)致膨潤土的吸水率降低，不能滿足國家一級膨潤土標(biāo)準(zhǔn)的要求?；谝陨锨闆r，本發(fā)明通過六偏磷酸鈉的復(fù)合添加，從而可以進(jìn)一步提高對膨潤土的鈉化質(zhì)量及品質(zhì)，尤其是進(jìn)一步提高了膨潤土的膨脹指數(shù)和吸水率，但六偏磷酸鈉的添加會對膨潤土中蒙脫石的收得率產(chǎn)生影響。因此，本發(fā)明進(jìn)一步復(fù)合添加焦磷酸鈉，從而可以有效提高膨潤土中蒙脫石的收得率，通過三者之間的復(fù)配作用可以使膨潤土的鈉化改性效果、所得膨潤土的質(zhì)量與品味以及膨潤土中蒙脫石的收得率均得到有效保障。

9、需要說明的是，本技術(shù)中三種物質(zhì)的添加順序?qū)τ诒ＷC鈉化效果至關(guān)重要，首先，將六偏磷酸鈉作為分散劑加入到溶液中后，生成na+和po43-，與膨潤土中的鈣離子形成[capo4]-，使膨潤土顆粒表面帶負(fù)電，根據(jù)同電荷相斥原理，膨潤土顆粒之間相互排斥，增加了顆粒間的分散性(但六偏磷酸鈉得添加量不能過多，否則會形成ca2po4沉淀，影響鈉化效果)。

10、膨潤土顆粒表面帶負(fù)電后，再加入碳酸鈉，碳酸鈉進(jìn)入溶液后形成na+和co32-，膨潤土顆粒表面帶負(fù)電，吸引na+形成nacapo4，nacapo4與co32-發(fā)生置換反應(yīng)形成caco3沉淀。膨潤土表面留下[napo4]2-，進(jìn)一步吸引na+形成na3po4，進(jìn)一步增強了na化效果。

11、但是，碳酸鈉進(jìn)入溶液后也會形成na+和hco3-，使對鈣離子的固化作用減弱，導(dǎo)致鈣離子脫離膨潤土但還存在于溶液中，因此本發(fā)明在加入碳酸鈉之后再加入焦磷酸鈉，焦磷酸鈉進(jìn)入溶液后形成的是焦磷酸根，焦磷酸根離子具有較強的絡(luò)合作用，因此還可以與鈣離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物沉淀。

12、進(jìn)一步的，所述六偏磷酸鈉、碳酸鈉及焦磷酸鈉的添加量分別占鈣基膨潤土干基質(zhì)量的1.5％～2.5％、1.0％～2.0％、1.5％～2.0％。三種物質(zhì)的添加量對于同時保證鈉化膨潤土的質(zhì)量以及蒙脫石的收得率具有重要的影響，其中添加量過少時，會導(dǎo)致鈉化不充分或蒙脫石的收得率較低，用量過高，則會惡化na+與ca2+之間的交換反應(yīng)或者使蒙脫石的收得率降低。

13、具體的，隨著碳酸鈉用量的增加，膨潤土的各項指標(biāo)呈現(xiàn)先增高后降低的現(xiàn)象，當(dāng)碳酸鈉用量為1.5％時，各項指標(biāo)最佳，但蒙脫石的收得率相對較低，因此優(yōu)選碳酸鈉的添加量為2.0％，當(dāng)碳酸鈉用量為2.5％時，則溶液呈粘稠狀，無法沉降。而隨著六偏磷酸鈉用量的復(fù)合添加及其含量的增加，膨潤土的各項指標(biāo)整體呈現(xiàn)先增加后降低的現(xiàn)象，尤其是膨潤土的膨脹指數(shù)和吸水率有明顯的提高，當(dāng)六偏磷酸鈉用量為2.0％時，效果最佳，而蒙脫石的收得率則呈現(xiàn)先降低后升高的現(xiàn)象。此時隨著焦磷酸鈉的復(fù)合添加及其添加量的增多，所得膨潤土的吸水率和膨脹指數(shù)緩慢上升，而其吸藍(lán)量和蒙脫石含量以及蒙脫石的收得率則表現(xiàn)為先增高后降低，在添加量為1.5％焦磷酸鈉時達(dá)到最高，經(jīng)過分析，這可能是由于添加較高濃度的焦磷酸鈉有一定程度的提質(zhì)鈉化效果，通過提高蒙脫石含量間接引起收得率的上升；而過高濃度的焦磷酸鈉則減弱了提質(zhì)鈉化的效果，并隨著收得質(zhì)量的下降導(dǎo)致收得率的迅速降低。

14、因此更進(jìn)一步優(yōu)選為，所述六偏磷酸鈉、碳酸鈉及焦磷酸鈉的添加量分別占鈣基膨潤土干基質(zhì)量的2.0％、2.0％、1.5％，此時可以使得鈉化后膨潤土的整體質(zhì)量及蒙脫石的收得率均得到有效協(xié)調(diào)。

15、更進(jìn)一步的，所述鈣基膨潤土礦漿溶液的液固比(質(zhì)量比)為(3～5)：1，溶液溫度為20～30℃。隨著鈣基膨潤土礦漿溶液的液固比升高，膨潤土顆粒在水中分散越均勻，通過鈉化劑與顆粒的充分接觸，破壞了卡屋式結(jié)構(gòu)，將依托于該結(jié)構(gòu)上的雜質(zhì)釋放出來。依據(jù)砂石雜質(zhì)密度較大的特性，通過自由沉降或者離心力的作用使雜質(zhì)沉淀，提高了上層懸浮液中的蒙脫石含量。繼續(xù)增加礦漿液固比，雖然有利于膨潤土的提純，但提升程度較小，這不僅提高了脫水難度，還增加了投入在工藝上的成本，造成水的大量浪費。

16、更進(jìn)一步的，在相鄰兩次鈉化處理之間采用0.4-0.6mm的方篩對膨潤土礦漿溶液進(jìn)行過濾處理。

17、更進(jìn)一步的，還包括：將經(jīng)三級鈉化處理后的混合溶液進(jìn)行固液分離，即得到鈉化膨潤土。

18、作為其中一種實現(xiàn)方式，一級、二級和三級鈉化處理均在電磁攪拌條件下進(jìn)行，先電磁攪拌20～40min，然后再沉降25～35min。

19、作為另一種優(yōu)選實現(xiàn)方式，一級、二級和三級鈉化處理均在往復(fù)離心力作用下對混合溶液進(jìn)行震蕩分散，先逆時針旋轉(zhuǎn)40～60s，再順時針旋轉(zhuǎn)40～60s，離心轉(zhuǎn)速為500～800轉(zhuǎn)/min，且一級鈉化處理的離心震蕩時間為2.5～3.5min，二級鈉化處理的離心震蕩時間為3.5～4.5min，三級鈉化處理的離心震蕩時間為3.5～4.5min。通過在離心力的作用下對混合溶液進(jìn)行震蕩分散，從而不僅可以便于膨潤土的充分鈉化，同時還可以直接實現(xiàn)鈉化膨潤土與雜質(zhì)的分層，而無需進(jìn)行沉降處理，進(jìn)一步提高了鈉化效率，大大縮短了鈉化時間。

20、更進(jìn)一步的，經(jīng)三級鈉化處理后使混合溶液沿同一方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)離心分離，離心轉(zhuǎn)速為3000-4000轉(zhuǎn)/min。

21、本發(fā)明還提供了一種球團(tuán)用膨潤土，該膨潤土為采用上述任一鈉化工藝處理后得到的鈉化膨潤土。

22、優(yōu)選地，所述膨潤土的蒙脫石含量為75％～85％、吸藍(lán)量為33～38g·100g-1、膨脹指數(shù)為75～85ml·g-1、吸水率為460～600％·(2h)-1。

23、綜上所述，采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以取得如下有益效果：

24、(1)本發(fā)明通過三種物質(zhì)的復(fù)配對膨潤土進(jìn)行鈉化處理，并對三種物質(zhì)的添加順序進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)行多級鈉化處理，從而不僅可以有效改善對膨潤土的鈉化效果，提高膨潤土的質(zhì)量及品位，同時還可以有效保證膨潤土中蒙脫石的收得率，且該工藝操作簡單，鈉化效率高，大大縮短了鈉化處理時間。

25、(2)對采用本發(fā)明鈉化工藝改性所得鈉化土進(jìn)行xrd、紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)，該鈉化土較原土存在比較強的游離-oh的伸縮振動吸收特征峰和coo-伸縮振動，內(nèi)部的親水基團(tuán)也明顯增多；sio2、cao等元素進(jìn)一步降低，na+增多，從而進(jìn)一步證明了雜質(zhì)的減少以及鈉化程度的增加。