土木工程泥浆土低品位膨润土矿制备

1、土木工程泥浆土低品位膨润土矿制备        1 试验部分 1.1 原矿性质 所用膨润土取自湖北鄂西某地（代号为 HB），膨润土原矿表观颜色为乳白色，呈土状光泽。矿石较为致密，为致密块状结构，但硬度较低、易于粉碎。矿石结构以泥质为主，矿石构造为致密块状，肉眼可见少量石英等杂质。原矿的各项理化性能指标见表 1。表1 原矿的理化性能测试项目吸蓝量 /(g/100g) 胶质价 /(mL/15g) 膨胀容 /(mL/g) 膨润值 /(mL/3g) 指标值 23.5 48 8 11 从表 1 中数据可以看出，原矿的吸蓝量较低，仅有

2、23.5g/100g。同时，其胶质价、膨胀容、膨润值也处于较低的水平，分别为 48mL/15g、8mL/g、11mL/3g，从原矿各项指标来看，该矿为钙基膨润土矿。原矿的粒级分布及各粒级吸蓝量见表 2。表2 原矿粒级分布及各粒级吸蓝量粒度 +60 目 60100 目 100200 目200325 目 -325 目质量 /g 17.2 6.4 8.1 5.2 400 百分质量 /% 3.91 1.46 1.85 1.19 91.55 吸蓝量 /(g/100g) 0.96 0.96 1.44 1.44 24.7 从表 2 中数据可以看出，-325 目产品的产率为 91.55 %，其它各粒级产品的产

3、率较低，这说明原矿浸低品位膨润土矿制备土木工程泥浆土的研究 原矿理化性能和粒级分析研究表明，该矿吸蓝量较低，蒙脱石含量不高，不宜开发对蒙脱石含量要求较高的产品。但该矿具有含砂量低的特性，因此该矿适宜开发工程用泥浆土。 1.2 试验仪器 采用的主要仪器和设备包括：轮碾混砂机；水浴锅；多功能搅拌器；ZNN-D6S 型六速旋转粘度计；GJ-3S 型高速搅拌机；万能粉碎机。 1.3 试验研究方法 研究中，分别考察了钠化工艺条件和聚合物的添加对产品造浆性能的影响。钠化采用悬浆法进行，矿浆浓度为 6%（同粘度测定浓度一致）。考察的钠化工艺条件包括：钠化剂用量、钠化温度和钠化时间等因素。钠化完后产品置于烘箱

4、中于 105下烘干磨粉。同时，考察了聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素钠两种聚合物的添加对产品造浆性能的影响，聚合物的添加方式为：将有机聚合物混入钠化后并经磨矿的样品中，进一步测定其粘度。钠化产品造浆性能的好坏以 600r/min 和 300r/min 粘度来衡量。具体测试步骤如下：称取待测膨润土试样，每 350mL 蒸馏水加 22.5g（水分含量不大于 10 %）试样，制备成悬浮体。在搅拌机上边搅拌边把膨润土撒到水中，5min 后，取下高搅杯，把粘在壁上的膨润土刮下，再继续搅拌 15min。将分散后的悬浮体置于测试杯中，在室温下把悬浮体密封存放 16h。 将悬浮体在搅拌机上搅拌 5min±3

5、0s，用六速旋转粘度计分别测定样品在 600r/min 和 300r/min 粘度。    2 试验结果与讨论    2.1 钠化剂用量对产品造浆性能的影响 不同的碳酸钠用量会影响产品的水化性能，并进一步影响其造浆性能。研究中，首先对钠化剂用量对产品造浆性能的影响进行了考察。采用悬浆法进行钠化，分别加入膨润土干矿质量 1 %、3%、6%、9 % 的碳酸钠（Na 2 CO 3 ），钠化时间 30 min，钠化温度 70，制备的样品测定其 600r/min 和 300 r/min 粘度。不同钠化剂用量下钠化产品的造浆性能见表 3。表3 不

6、同钠化剂用量下钠化产品的造浆性能钠化剂用量 /% 1 3 6 9 600r/min 粘度 /(mPa·s) 3 8 14 17 300r/min 粘度 /(mPa·s) 1 4 9 12 从表 3 中数据可以看出，随着钠化剂用量的增加，其造浆性能逐渐变好。碳酸钠用量从 1% 增加到 6 % 的过程中，粘度增加速度较快；当碳酸钠用量从 6 % 增加到 9 % 的过程中，粘度增加速度减缓。当碳酸钠用量为 6% 时，产品呈现较好的造浆性能，可满足工程泥浆土的使用要求。   2.2 钠化温度对产品造浆性能的影响 由于常温下钠化产品的造浆性能研究结果并不理想，因此

7、对不同温度下改性产品的造浆性能进行了研究。采用悬浆法进行钠化，碳酸钠用量为 3%，钠化温度分别为常温、30、40、50、60、70、80，钠化时间 30 min。制备的样品测定其 600 r/min 和 300 r/min 粘度。不同温度下钠化产品的造浆性能见表 4。表4 不同温度下钠化产品的造浆性能钠化温度 / 常温 30 40 50 60 70 80 600r/min 粘度 /(mPa·s) 8 9 12 15 17 18 18 300r/min 粘度 /(mPa·s) 4 4 6 8 9 9 10 从表 4 中数据可以看出，随着钠化温度的升高，钠化产品的造浆粘度逐渐增

8、高，加热对钠化反应的进行有利。当钠化温度为室温时，钠化产品的 600r/min 和 300r/min 粘度较低，分别为 8mPa·s 和 4mPa·s；随着钠化温度的升高，钠化产品的造浆粘度逐渐升高，当温度为 60时，钠化产品的 600r/min 和 300r/min 粘度分别可达到 17mPa·s 和 9 mPa·s。之后，温度继续增加对产品的粘度影响较小。温度升高有利于盐基交换反应的进行，更多的钠离子可以进入到蒙脱石的层间，从而使得颗粒的分散性更好，因此表观上粘度增加。    2.3 钠化时间对产品造浆性能的影响 钠化时

9、间是影响膨润土钠化程度的重要因素之一，充足的钠化时间是保证反应进行完全的条件，但是钠化时间过长会增加生产成本和降低生产效率，因此必须通过实验确定最佳的钠化时间。采用悬浆法进行钠化，加入膨润土干矿质量 3% 的碳酸钠（Na 2 CO 3 ），钠化温度为常温，钠化时间分别为 10min、20min、30min、40min、50min、 60 min，制备的样品测定其 600 r/min 和 300 r/min 粘度。不同钠化时间下钠化产品的造浆性能见表 5。表5 不同钠化时间下钠化产品的造浆性能钠化时间 /min 10 20 30 40 50 60 600r/min 粘度 /(mPa·s

10、) 5 6 8 8 9 9 300r/min 粘度 /(mPa·s) 2 3 4 4 4 5 从表 5 中数据可以看出，随着钠化时间的延长，产品的造浆粘度缓慢提高。当钠化时间达到 30min 时，产品的 600r/min 和 300 r/min 粘度达到一个较稳定的水平。之后，随着时间的延长，粘度基本不再增加。因此，可以判定最佳钠化时间为 30 min，继续延长钠化时间并不能有效提高产品的造浆粘度性能。    2.4 添加聚丙烯酰胺对产品造浆性能的影响 在考察聚丙烯酰胺的加入对产品造浆性能的影响时，采用王志强，舒 锋，刘玉芹低品位膨润土矿制备土木工程泥浆土的研究非金属矿 2010年7月的改性条件为：碳酸钠用量为 3 %，钠化温度为常温，钠化时间 30min。样品钠化完后，分别混入一定比例（1 % 3 %）的聚丙烯酰胺，并测定其各项造浆性能指标。添加聚丙烯酰胺后钠化产品的造浆性能见表6。表6 添加聚丙烯酰胺后钠化产品的造浆性能聚丙烯酰胺用量 /% 0 1 2 3 600r/min 粘度 /(mPa·s) 8 10 16 17 300r/m