CN112047354A

CN112047354A - 一种钠基膨润土及其制备方法及超声波对辊碾压机

Info

Publication number: CN112047354A
Application number: CN201910492551.7A
Authority: CN
Inventors: 汤桂腾; 覃晖; 李英; 周歆; 黎锋; 康冠军
Original assignee: Hunan Bossco Environmental Protection Technology Co ltd
Current assignee: Hunan Bossco Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date: 2019-06-06
Filing date: 2019-06-06
Publication date: 2020-12-08

Abstract

本发明公开了一种钠基膨润土的制备方法，包括：将钙基膨润土原土经过预处理，得到细碎原土；将所述细碎原土与除膜钠化剂混合，得到泥浆混料；将所述混料在超声波环境下进行挤压混合，得到半成品；将所述半成品进行干燥和粉化处理，得到钠基膨润土。通过该方法制备钠基膨润土，钠化时间从现有方法的24h左右大幅缩减至30min左右，且钠化程度是现有方法一倍。

Description

一种钠基膨润土及其制备方法及超声波对辊碾压机

技术领域

本发明涉及纳米复合材料制备领域，具体涉及一种钠基膨润土及其制备方法及超声波对辊碾压机。

背景技术

膨润土主要成分为蒙脱石,由二层(Si-O)四面体层和夹在它们中的一层Al-(O,OH)八面体层组成,为2∶1型层状硅酸盐矿物,其层间阳离子脱附和吸附所需能量较低,可被其他阳离子广泛置换。

蒙脱土层间阳离子被其他阳离子取代后可以制备出各种粘土纳米复合材料,所以作为原料的蒙脱土必须具有较好的阳离子交换容量(CEC)。在目前已知的各种类型的蒙脱土中,钠基蒙脱土的CEC相对较好。钠基膨润土吸水率大,膨胀容大,阳离子交换容量大,在水介质中分散性好,胶质价大,胶体悬浮液触变性,黏度,润滑性好,pH值高,热稳定性好等。

由于粘土对Ca2+的吸附能力大于对Na+的吸附能力,所以自然界大多数膨润土是钙基膨润土。因此,将钙镁基蒙脱土通过离子交换改性成钠基蒙脱土是非常必要的。实现膨润土钠化反应的途径很多,目前已知的人工钠化途径有悬浮液法、挤压钠化法、堆场钠化法、挤压钠化法等。

存在的主要问题

(1)矿粉在水性体系中发生凝聚，降低钠化效率

钙基膨润土钠化是一个盐基交换反应，需在水的存在下才能进行。一般条件下,很不容易使上述反应达到完全。为了提升钙基膨润土的钠化效率，常使用挤压法进行碾压粉化。但是，碾压形成的超细粉体粒径小，比表面积和表面能都很大，在水中易于团聚，悬浮在溶液中的粉体普遍受到范德华力，更易发生凝聚。这个团聚效应，减小了钙基膨润土与Na+的接触面积，在一定程度上降低了钙基膨润土的钠化速度。

(2)隔水膜的存在导致内部钠化不彻底

钙基膨润土是水不溶片状晶形,它只能以叠晶集合体的形式悬浮于水中,钙土与碳酸钠反应,只是在颗粒的表面进行。钠化了的表层,由于水化作用而形成了一个隔水膜,包裹着颗粒内部未钠化的钙土,如果这一层钠化膜不能及时剥离掉,就会影响里层的钠化,导致“夹生”现象和大量未反应的游离碳酸钠存在。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种钠基膨润土及其制备方法及超声波对辊碾压机以解决上述问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种钠基膨润土的制备方法，包括：将钙基膨润土原土经过预处理，得到细碎原土；将所述细碎原土与除膜钠化剂混合，得到泥浆混料；将所述混料在超声波环境下进行挤压混合预定时间，得到半成品；将所述半成品进行粉化，得到钠基膨润土。

进一步地，所述预处理为：将所述钙基膨润土原土进行破碎处理之后进行过筛处理。

进一步地，所述细碎原土的粒径小于4mm。

进一步地，所述除膜钠化剂包括：纯碱粉、焦磷酸钠、多聚磷酸钠及十八烯酸钠其中的两种或多种，其中纯碱粉用于为钙基膨润土的钠化提供Na+离子，其余化学成分通过表面活性剂作用消除矿粉表层隔水膜。

进一步地，所述超声波发生器属于压电式超声波发生器，利用压电晶体的谐振来产生超声波，使得膨润石矿粉凝聚体颗粒之间和层间产生相对运动而分散，增大钙基膨润土与Na+的接触面积，提升Ca2+与Na+的交换速度。

进一步地，所述超声波环境为频率大于20kHz的机械波环境。

进一步地，所述预定时间为30min。

进一步地，所述粉化处理为：将所述半成品依次经过干燥处理和粉碎处理。

根据本发明的另一个方面，提供一种钠基膨润土，应用上述方案任一项所述的一种钠基膨润土的制备方法制备而成的。

根据本发明的又一方面，提供一种超声波对辊碾压机，用于上述方案任一项所述的一种钠基膨润土的制备方法制备上述方案所述的钠基膨润土。

进一步地，在对辊机辊轮下部设置有超声波发射器。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

(1)使用水下超声波，可以大大缩短了钠化时间。传统工艺一般都需要24h,而本方法只需要30min；

(2)使用无机表面活性剂焦磷酸钠、多聚磷酸钠，及有机表面活性剂油酸钠，与纯碱粉混合形成的除膜钠化剂，可以大幅度消除膨润石矿粉表层的隔水膜，钠化程度可比常规明显提升1-2倍。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的钠基膨润土的制备方法流程图；

图2是根据本发明一可选实施方式的钠基膨润土半成品制备流程图；

图3是根据本发明一可选实施方式的压电式超声波发生器局部示意图。

附图标记

1：钙基膨润土细碎原土进料口；2：除膜钠化剂溶液槽；3：液体流量计；4：泥浆混料桶；5：对辊机；6：超声波发生器；7：半成品出料；61：共振盘；62：压电晶片；63：引线端子。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

图1是根据本发明第一实施方式的钠基膨润土的制备方法流程图。

如图1所示，在本发明第一实施例中，提供一种钠基膨润土的制备方法，包括：

S1：将钙基膨润土原土经过预处理，得到细碎原土；

可选的，预处理为：将钙基膨润土原土依次经过粗碎处理、过筛处理及细碎处理。可选的，细碎处理可以利用破碎机进行粉碎。具体的，破碎机也以为颚式破碎机、反击式破碎机、冲击式破碎机、环锤式破碎机和圆锥破碎机等设备。优选的，采用鄂式破碎机，由于颚式破碎机噪音低，粉尘少；其破碎比大，产品粒度均匀；结构简单，工作可靠，运营费用低；润滑系统安全可靠，部件更换方便，设备维护保养简单；破碎腔深而且无死区，提高了进料能力与产量；设备节能：单机节能15％～30％，系统节能一倍以上；排料口调整范围大，可满足不同用户的要求。优选的，过筛处理步骤选用的筛网为5目筛。可选的，细碎原土的粒径小于4mm。

S2：将细碎原土与除膜钠化剂混合，得到泥浆混料；

可选的，除膜钠化剂包括：纯碱粉、焦磷酸钠(化学式为Na₄P₂O₇)、多聚磷酸钠、及十八烯酸钠(化学式为C₁₈H₃₃NaO₂)其中的两种或多种。优选的磷酸盐P₂O₅含量≥60.0％。优选的，纯碱占整个泥浆混料的1-4％，且纯碱粉粒径小于10目；焦磷酸钠整个泥浆混料的1-3％；多聚磷酸钠整个泥浆混料的1-3％；油酸钠整个泥浆混料的1-3％。在此范围钠化时间少，并且钠化程度是现有方法一倍。

S3：将混料在超声波环境下进行挤压混合，得到半成品；

可选的，超声波环境为频率大于20kHz的机械波环境。可选的，预定时间为30min。

S4：将半成品进行粉化处理，得到钠基膨润土。

可选的，粉化处理为：将半成品依次经过干燥处理和粉碎处理。可选的，在自然环境下晾干，或者利用烘干机烘干，然后利用破碎机粉碎。

通过该方法制备钠基膨润土，钠化时间少，制备效率高，并且钠化程度是现有方法一倍。

实施例1

本次实验中选取了在不同超声波功率、超声波环境时间的情况下的膨润土吸光度、及CEC的六组实验数据和一组空白对照组数据，具体如表1所示。

表1超声对辊碾压钠化改型实验

实验表明：在超声功率为600W、超声时间为30min时吸光度最大。从而矿浆中的粉体颗粒数最多，分散效果最佳，阳离子交换容量(CEC)值最高，钠化效果最佳。常规方法钠化改性膨润石在pH为7的水介质中的阳离子交换容量(CEC)通常可以为1.0-1.4mmol/g，而通过本专利方法设备，可将膨润土的CEC值提升到2.79mmol/g，且耗时短，从而在效率和效能上都由于传统方法。

实施例2

本次试验中在在超声功率为600W、超声时间为30min预设条件下，通过选择不同的钠化剂，检测巩义膨润土、广西膨润土及江苏膨润土的CEC值，具体结果如表2所示。

表2不同类型钠化剂对膨润土CEC值的影响

实验表明，在超声功率为600W、超声时间为30min预设条件下，使用本专利钠化剂配方(Na₂CO₃、焦磷酸钠、多聚磷酸钠和油酸钠)，多产地膨润土的CEC值均可进一步提升到3.0mmol/g左右，显现由于传统的Na₂CO₃单一组分钠化剂。

在本发明实施例的另一个方面，提供一种钠基膨润土，应用上述实施例任一项的一种钠基膨润土的制备方法制备而成的。

图2是根据本发明一可选实施方式的超声波对辊碾压机的结构示意图；

图3是根据本发明一可选实施方式的超声波对辊碾压机的局部示意图。

如图2和图3所示，在本发明实施例的又一方面，提供一种超声波对辊碾压机，用于上述实施例任一项的一种钠基膨润土的制备方法制备上述实施例的钠基膨润土。钠化剂溶液槽2内部的除膜钠化剂通过管路与钙基膨润土细碎原土进料口1的细碎原土在泥浆混料桶4混合，形成泥浆混料，再经过对辊压机5的对辊齿轮和超声波发射器6共同作用使泥浆混料进一步混合得到半成品的钠基膨润土，在半成品出料口7输出。在除膜钠化剂的管路上设置有液体流量计3，用于记录除膜钠化剂加入量

可选的，在对辊机5辊轮下部设置有超声波发射器6。如图3所示，超声波发射器6包括：共振盘61、压电晶片62及引线端子63。

实施例3

表3超声波不同安装位置对膨润土矿浆分散效果的影响

实验表明，在超声功率为600W、超声时间为30min预设条件下，将超声波发生器安装在对辊下部，对膨润土矿浆的分散效果最佳。

本发明旨在保护一种钠基膨润土的制备方法，包括：将钙基膨润土原土经过预处理，得到细碎原土；将所述细碎原土与除膜钠化剂混合，得到混料；将所述混料在超声波环境下进行挤压混合，得到半成品；将所述半成品进行粉化处理，得到钠基膨润土。通过该方法制备钠基膨润土，钠化时间少，制备效率高，并且钠化程度是现有方法一倍。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims

1.一种钠基膨润土的制备方法，其特征在于，包括：

将钙基膨润土原土经过预处理，得到细碎原土；

将所述细碎原土与除膜钠化剂混合，得到泥浆混料；

将所述泥浆混料在超声波环境下进行挤压混合，得到半成品；

将所述半成品进行干燥粉化处理，得到钠基膨润土。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预处理为：将所述钙基膨润土原土进行破碎处理之后进行过筛处理。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述细碎原土的粒径小于4mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述除膜钠化剂兼具提供Na+离子和消除矿粉表层隔水膜的功效，具体包括：纯碱粉、焦磷酸钠、多聚磷酸钠及十八烯酸钠其中的两种或多种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述挤压混合的时间为20-50min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声波环境为频率大于20kHz的机械波环境，超声处理时间为20-50min。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉化处理为：将所述半成品依次经过干燥处理和粉碎处理。

8.一种钠基膨润土，其特征在于，应用权利要求1-7任一项所述的一种钠基膨润土的制备方法制备而成的。

9.一种超声波对辊碾压机，其特征在于，用于制备权利要求8所述的钠基膨润土。

10.根据权利要求9所述的对辊碾压机，其特征在于，在对辊机(5)辊轮下部设置有超声波发射器(6)。