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凹凸棒土
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凹凸棒土

  凹凸棒土又称坡缕石(Palygorskite)或坡缕缟石,是一种具链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物。其结构属 2:1型粘土矿物。在每个2:1单位结构层中,四面体晶片角顶隔一定距离方向颠倒,形成层链状。在四面体条带间形成与链平行的通道,通道横断面约3.7*6.3A°。通道中充填沸石水和结晶水,见凹凸棒石粘土晶体结构图。



成分

  凹凸棒石粘土是指以凹凸棒石(attapulgite )为主要组分的一种粘土矿物。凹凸棒石为一种晶质水合镁铝硅酸盐矿物,具有独特的层链状结构特征,在其结构中存在晶格置换,帮晶体中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+,晶体呈针状,纤维状或纤维集合状。凹凸棒石具有独特的分散、耐高温、抗盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附脱色能力。并具有一定的可塑性及粘结力,其理想的化学分子式为:Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O。具有介于链状结构和层状结构之间的中间结构。




  凹凸棒石呈土状、致密块状产于沉积岩和风化壳中,颜色呈白色,灰白色,青灰色,灰绿色或弱丝绢光泽。土质细腻,有油脂滑感,质轻、性脆,断口呈贝壳状或参差状,吸水性强。湿时具粘性和可塑性,干燥后收缩小,不大显裂纹,水浸泡崩散。悬浮液遇电介质不絮凝沉淀。


  凹凸棒石形态呈毛发状或纤维状,通常为毛毯状或土状集合体。莫氏硬度2—3,加热到700~800°C,硬度>5。比重为2.05~2.32。

  

资源分布

  凹凸棒石矿物几乎遍及世界各地,但具有工业意义的矿床所占比例不大,仅限于美国、中国、西班牙、法国、土耳其、塞内加尔、南非、澳大利亚、巴西、以色列、沙特阿拉伯、瑞士、英国 、俄罗斯(Irkutsk ,伊尔库茨克)、吉尔吉斯斯坦、哈萨克斯坦、乌克兰、亚美尼亚、阿塞拜疆、白俄罗斯、尼泊尔等国,据不完全统计,世界探明储量约14亿吨。

  其中品位最高的凹凸棒土位于美国AMI公司的矿山。


产品特点

1、 增稠性好漆膜丰满,开罐效果极佳;

2、 悬浮性好。有效防止油漆、涂料沉淀、分层;

3、 摇融性好。容易涂刷,在剪切力的作用下变稀,静止后又变稠;

4、 触变性好。直接添加,有良好的相容性,无须改变工艺和配方;

5、 流平性好。防缩孔和鱼眼,不易流挂;

6、 耐侯性好。具有较强的耐酸碱性、耐腐蚀性和防霉性;

7、 绝热性好。耐高温,绝热,绝缘;

8、 环保性好。化学惰性,无污染,抑制微生物生长,吸收有毒挥发成分,绿色环保。


凹凸棒土的应用
工艺特性

  凹凸棒石粘土具有阳离子可交换性,江苏盱眙等地各类凹凸棒石粘土可交换钙离子量为7.5~12.5mmol/100g,可交换镁离子量2.5~7.5mmol/100g。经活化处理后,可交换阳离子量明显提高。

吸附脱色性能,其脱色力和凹凸棒石含量有关,含量越高脱色力越强。

强吸水性和造浆性能等。


主要用途

  由于凹凸棒石粘土具有的特殊的物理化学性质和工艺性能,使其在石油、化工、建材、造纸、医药、农业等方面得到广泛应用。国内目前用量最大的是涂料、钻井泥浆、食用油脱色。


各行业中的应用
凹凸棒石阻燃材料

  凹凸棒石具有较好的长径比和丰富的内孔道,既是较好的增强材料又具有阻燃作用,在高温下失去结构水而产生水蒸气,可以阻隔氧气,并能产生热稳定性较好的以MgO、Al2O3为主的氧化物隔离层。

  姚超等以聚磷酸铵(APP)与三羟乙基异氰脲酸酯(THEIC)为膨胀阻燃剂(IFR),以凹凸棒石(ATP)为协效剂,采用熔融共混法制备具有阻燃性能的高密度聚乙烯(HDPE)复合材料,通过对复合材料的红外光谱、氧指数、热失重和锥形量热分析,得到ATP 对阻燃HDPE燃烧性能的影响条件。
  结果表明:添加少量的ATP 能催化APP-THEIC 间的酯化反应, 提高了HDPE 的阻燃性能;HDPE、IFR、ATP 质量分数为70%、28%、2%的HDPE-IFR-ATP 复合材料其氧指数达30%, 阻燃等级提高为V-0,体系的热释放速率峰值和总热释放量比HDPE、IFR 质量分数为70%、30%的HDPE-IFR复合材料分别降低了22.7%和26.7%。


建筑行业

  白云石凹凸棒石粘土作为涂料的填充剂、流平剂、增稠剂和稳定剂,其性能好,成本低,可代替传统的轻钙。凹凸棒石涂料的涂膜在电镜里观察,其晶体呈网状排列,均匀地分布在有机粘结剂中,所以涂膜耐洗擦。




  尤其是凹土在外力搅拌下分散性好,形成稳定的不被电解质破坏的悬浮液,使涂料不沉淀、不分层,与传统的106涂料相比较,具有多种优越性:涂刷性能好,不流挂,节约钛白粉的用量,还可作油漆的填料,墙板材料的填料,生产天花板墙壁板,其特点是:对水份接受、排放性能强,不膨胀不变形,粘结性能好,质轻韧性大,具有隔热保暖、吸声的作用,可防虫蛀,抗垂度强,能适应空气温度的变化,且不变形。


轻工

  揉革,用凹土代替苏打揉革,可节约20-30%贵重红矾的用量,降低成本。揉制时间从6.2小时减少到4.2小时,揉出的革外观好,弹性强,丰富、柔软;

  也可作橡胶的填料,皮鞋底的填料,来增加除臭透气能力,用凹土作为香型塑料花,释放慢,保香时间长,成本低,柔软不易破裂,造型美观逼真。

  在造纸行业可作纸张加填和涂布颜料,主要用于凹版印刷,并可用于胶印、颜料、涂布纸和涂布纸板,造纸业正从酸式造纸向碱性造纸转化,随着中性施胶技术的推广,特别是涂布纸和纸板产量的增长,需求较大。


农业、畜牧业、多种经营

  凹土粉作为混合饲料的添加剂,以其特有的物理性能,能促进动物机体的新陈代谢,提高饲料转化率,使动物食欲旺盛,增重快,降低饲养成本。同时还具有优良的吸附性,能有效地吸除动物的大肠肝菌、肠道毒素,起到防疫治病、除虫杀菌的作用,并提供牲畜生长必要的微量元素;

  作为颗粒饲料的粘结剂,具有良好的粘结力,既降低了饲料生产成本,又可提高饲料的利用率,它能吸附鱼塘中的氨离子,防水质污染,防腐臭。作为复合肥粘结剂,造粒成型率高,时间短,所造颗粒强度高,表面光洁度好,保肥时间长,因此这种粘结剂,能提高生产能力,还可以节约滑石粉、氯化铵等高价原料的用量;

  以凹凸棒石作为农药的悬浮剂和载体,生产特效农药,可延长药效,保质期长,并降低农药生产成本;作化肥厂制气的煤球粘结剂,粘结力强,强度高,成本低,造气率高,还可提高煤球固定碳含量,降低粉尘污染等。


纺织

  作为染料的悬浮剂填料,具有不掉色,着色力强,耐擦洗,色彩鲜艳,生产成本低等优点,还可作纺织行业的涂布刮浆。作印花糊料,在纺织印染行业中,活性染料常用的印花糊料为海藻酸钠。由于海藻酸钠粘度大,质量不稳定,应用中常出现沾网、拖带和错位而影响产品质量,凹土糊料可使印制产品得色深、色牢度强、质量优、并可显著降低印染成本。


地质勘探、海洋钻井中的应用

  胶体级凹凸棒石粘土经进一步进行物理化学加工,增加其造浆率,可制成符合OCMA和API标准的抗盐粘土,而应用于地质钻探、地热钻井、石油钻井,特别是在内陆含盐地层钻探、海洋钻井及超深钻探中,使用该产品作为泥浆材料,具有分散性好、造浆率高、密封性好、抗盐碱耐高温性能稳定、防止井塌、保护井壁、减少废井率等优点,并能降低钻井成本。






脱色及水处理

  使用凹凸棒石粘土对液体葡萄糖脱色可将由粉末活性炭净化的十二道工序减少到十道工序,工艺周期缩短50分钟。用凹凸棒石粘土净化的成品糖,其色泽、体态、浓度、还原糖含量、PH值、二氧化硫离子含量、氯根含量、蛋白质含量、熬糖温度以及钙镁离子含量等均达到现行行业标准,节约脱色处理费用60%左右,脱色后的滤饼可作混合饲料,减少了环境污染。

  水净化的常规方法是经过絮凝、沉淀、过滤和化学处理,一般能有效地除去大多数污物和杀死大多数微生物,然而不能很有效地除去诸如激素、农药、病毒、毒素和重金属离子等类物质。而凹凸棒石粘土可用接触或过滤技术处理水,可以消除这些有害物质。


洗涤助剂方面

  替代合成洗衣粉及洗发精中的主要助洗剂三聚磷酸钠(STPP)。我国是人口大国,洗涤剂的年需要量在百万吨以上,其中助洗剂需求在30万吨以上。助洗剂主要为三聚磷酸钠。三聚磷酸钠对环境的危害极大,而凹土具有较深的螯合钙、镁离子能力,是比较理想的洗涤助剂,加上其较低的价格,是三聚磷酸钠理想的替代产品。


分子筛原料

  分子筛选用钠、硅、铝含量比在一定范围内制得,其粒经2-10mm含水量1.5%堆积密度0.68以下,抗压强度>5Kg/Cm2,在化工等行业具有广泛的应用。我国每年需4A分子筛120万吨,凹土选择吸附性比较强,可作为分子筛的重要原料,所占比例可在10%以上。


干燥剂

  经精工制得的干燥剂,具有蜂窝状的无数孔隙,其表面积相当大。其吸湿率变化范围在23.38--27.43%之间,远远超过国外干燥剂(吸湿率19%),且质量比较稳定。


化妆品原料

  经精选后的凹土作化妆品的原料具有优良的平滑性、密合性和通气性,特别适合于粉底胭脂、扑粉、眉目、口红等化妆品。利用其多孔性将芳香性物质(香精、香料)浸渍在土中能制作香味稳定持续释放6个月以上的缓释芳香剂,在蚊香中使用粘土作填料,用量达10%--50%,与其它材料配合可用作液体蚊香的吸液芯,使药剂在较低的加热温度下有足够的挥发量。


塑料橡胶的填料

  经提纯精加工后的凹土在这方面的使用量较大。我国塑料工业95年产量700万吨,至2000年塑料产量将达1600万吨。1995年全国塑料工业用非矿量约占总量的10%,主要用于编织袋、打包带、地板、塑料薄膜。具有防打滑防粘等作用。


在乳液中的应用

  凹凸棒土具有良好的力学稳定性,可用于增强水性乳液的力学性能,同时凹凸棒土表面丰富的活性基团可以提高乳液的基材的表面附着力,增强后的复合乳液具有一定的柔软性,虽然透光率有所降低,但影响不大,下降5%左右。


其他方面

  用于脱色:如黄凡士林的脱色,“8205”的脱色,纯化试验煤油沥清的脱色,动植物油脂的脱色,塑料发泡灵的脱色,食油中黄曲霉素的吸附。用于催化剂:用凹凸棒石作催化剂以制造二氨基苯甲烷和多甲基多苯胺齐聚物及二氯乙烷,重油加氢和已二氰的磷酸盐催化剂的载体也可用凹凸棒石。

  此外,在冶金行业上作为铸造型砂粘结剂、铁矿球团粘结剂及在太阳能利用方面、放射物质的处理、原子能工业、复印复写和印刷等等各行各业都能得以应用。