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          0571-61098988
           
           
           
           
             
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          鑄造用膨潤土加工條件試驗分析
          雙擊自動滾屏 發布者:本站 發布時間:2014/7/12 閱讀:2671次 【字體:

          中國膨潤土之鄉-----遼寧建平沙海.以她千百萬年來孕育了優質的膨潤土資源,而聞名于神州華夏,吸引著海內外知名企業紛紛落戶這里投資建廠。良好的資源優勢與先進的加工技術相結合打造了一系列優質的膨潤土產品,廣泛應用于冶金球團,鑄造型砂,石油鉆井,有機涂料,油脂脫色,環保工程等諸多領域,但是這些膨潤土的基礎加工:鈣基膨潤土的鈉化改性.往往是生產其它許多高端產品的最基本加工過程,而這一生產過程膨潤土的改性條件控制十分重要.并且為后續產品加工起著重要的作用.,本文就鈉化過程中的原料選取,鈉化改性劑的選擇,改性方法的使用等諸多因素分別做了試驗,分析了各種條件對鈉化效果的影響。供膨潤土加工企業參考.

          一 膨潤土鈉化原理

          膨潤土是有兩層硅氧四面體中間夾一層鋁氧八面體構成的2:1層型結構。硅氧四面體結構中的Si4+常被二價的Fe2+和Mg2+置換,造成蒙脫石晶體結構中產生一種正電荷的虧損,這種虧損是通過吸附層間的因太大而不能在晶體中容納的陽離子來得到補償的。蒙脫石的這種永久性的負電荷,是膨潤土多種用途的重要基礎。膨潤土鈉化處理是在一定條件下,通過加入改型劑及一定的加工處理,使鈣基膨潤土轉變為鈉基膨潤土的加工過程。不同交換陽離子可使蒙脫石具有不同的水化性質。一般具有一價交換陽離子比具有二價或三價陽離子的水化性能好,因此蒙脫石鈉化處理可以改善膨潤土的物化性能和工藝性能。

          二.鈉化方法

          膨潤土鈉化程度的好與壞,取決于鈉化的使用方法,現階段干法生產的鈉化膨潤土還不具備在鑄造濕型砂中使用的條件,還有待于進一步提高。濕法生產較為適用,濕法鈉化以擠壓法與場堆法相結合是當前采生產鑄造土采用最多的方法。是在加入改型劑的同時,施加一定的壓力,使蒙脫石粘粒分開,加速Na+交換Ca2+的過程。同時,在擠壓過程中可使一部分機械能轉化為熱能,提高反應溫度。在擠壓作用下,晶層之間、粘粒之間產生相對運動而發生分離,這也增加了Na+離子的接觸面積,有利于鈉化進行。并且擠壓也使蒙脫石晶體產生斷鍵,利于吸附具有相反電荷的Na+,利于蒙脫石水化,再加上一定的時間陳化,更有利于改善其水化性能。這種方法是自80年代以來國內最常用的鈉化改型方法,用此法使鈣基土及低級鈉基土升級改善已取得了好的效果。

          三.鈉化條件試驗

          膨潤土在鈉化的過程中.主要是改善了膨潤土的水化性能,如膠質價,膨潤值,膨脹容,膨脹倍等.因為我們的主要產品為鑄造用鈉化膨潤土,所以,在下面的試驗中,取膨潤值為檢驗指標.不同產地的鈣基膨潤土及其鈉化改型后的物理化學性能有差異。影響蒙脫石物理化學性能的主要因素有蒙脫石含量和種類。一般來說,蒙脫石含量高,物化性能好,鈉化效果也好.反之則差。

          1加堿量的確定:

           鈣基膨潤土鈉化改型質量的優劣,改型劑選擇十分重要。在選擇改型劑時要考慮以下因素:改型劑鈉化的徹底性,改型劑價格的高低,改型劑使用過程中有無負面影響。目前,用于批量生產鈉化土的改性劑主要是碳酸鈉。一般來說,膨潤土改型劑投入量大,其改型效果好,但成本高;除此之外,當Na+達到一定濃度時,Na+與Ca2+交換反應達到平衡狀態,假如此時繼續加入Na+,由于Na+電離率大,電動電位高,活動性強,使原來己達到平衡的Na+與Ca2+交換狀態受到破壞,過多的Na+反而使改型的鈉基膨潤土質量下降。改型劑添加量要據生產要求來定,也要根據膨潤土的產地和蒙脫石的含量不同而異。本試驗選取當地具有一定代表性的膨潤土為試驗樣.試驗數據如下表:

          Na2CO3

          2:100

          3:100

          4:100

          5:100

          膨潤值ml/3g

          80

          99

          100

          98

          注:試驗條件:水含量30%,陳化時間7天,對輥擠壓機間距2mm。

          從表中可見,堿量對鈉化效果影響很大,過低的堿加入量使膨潤值較低,過大效果也不好。對于該礦的情況,適宜的量應在3~4%。 
              2 對輥擠壓機間距的確定:

          擠壓法是在加入改型劑的同時,施加一定的壓力,使蒙脫石粘粒分開,加速Na+交換Ca2+的過程。同時,在擠壓過程中可使一部分機械能轉化為熱能,提高反應溫度。擠壓作用也增加了Na+離子的接觸面積,有利于鈉化進行。并且擠壓也使蒙脫石晶體產生斷鍵,利于吸附具有相反電荷的Na+,利于蒙脫石水化,再加是一定時間的場堆陳化,極大的改善了膨潤土的水化性能.擠壓法的擠壓力的大小,對鈉化效果影響是首要的,所以對輥的間隙必需要有一個合適的尺寸,以便即高效又節能.選用試驗室小型對輥擠壓機,每種土擠壓兩次,試驗結果如下:

          對輪擠壓間距

          1mm

           

          2mm

           

          3mm

           

          4mm

           

          膨潤值ml/3g

          100

          100

          98

          95

          注:試驗條件:水含量30%,陳化時間7天,Na2CO3加入量 4%。

          從表可見,擠壓間距越小,鈉化效果越好。對于實際生產來講,一般采用兩~三道對輥擠壓,最終對輥間距為2mm較適宜。為了保證對輥的安全,前幾道間距應增大。
             3加水量的確定

          膨潤土的鈉化改期性,鈣鈉離子的交換有一個必不可少的條件,就是必需在有水的份圍下進行.而水分的多少對鈉化的速度取決定的因素.加水少達不到離子交換的基本環境,加水多,在擠壓時,使擠壓力下降,不利于鈉化效果的增長.通過實驗室試驗數據如下:

          加水量%

          25

          30

          35

          40

          膨潤值ml/3g

          80

          98

          100

          95

          注:試驗條件:對輥擠壓機間距2mm,陳化時間7天,Na2CO3加入量 4%。

          從表可以看出,膨潤土總水量在30%較合適,過低不利于離子交換,過高會使反應溫度降低,堿水流失,也不利于晾曬或烘干。 
             4陳化時間的確定

          每種方法都有一個最佳陳化時間,而不是鈉化時間越長越好。那是因為鈉化反應達到平衡后,若再延長時間,離子交換平衡受到破壞,鈉化效果反而降低,不利于反應。

          陳化天數

          3

          5

          7

          15

          膨潤值ml/3g

          94

          97

          100

          99

           注:試驗條件:對輥擠壓機間距2mm,Na2CO3加入量 4%,水含量30%。

          從表中可以看到,隨著陳化時間的延長,膨潤值增加,離子交換更徹底,鈉化更充分,反應平衡的時間在7天左右。 
              5陳化溫度的確定

               根據化學反應動力學原理,一般是溫度升高,反應速度加快。提高鈉化溫度,加快離子運動的速度,擴大離子運動的范圍,使鈉化反應的速度提高。但溫度過高,增加了水分蒸發,影響鈉化效果。

          陳化溫度

          10

          15

          20

          25

          膨潤值ml/3g

          92

          98

          100

          100

           注:試驗條件:對輥擠壓機間距2mm,Na2CO3加入量 4%,水含量30%。

          從表中可以看出陳化溫度越高越有利于鈉化效果的增長,但以自然溫度陳化,更有利于降低成本,所以選取大于15度的氣溫就可以生產出合格的產品.

               6擠壓次數的確定

               擠壓次數的增加,有利于晶層之間、粘粒之間產生相對運動而發生分離,這也增加了Na+離子的接觸面積,有利于鈉化進行。并且擠壓資數的增多也使蒙脫石晶體產生更多的斷鍵,更利于吸附具有相反電荷的Na+,利于蒙脫石水化。但是,過多的擠壓需要消耗大量的電能,使產品成本居高不下。所以要選取合理的擠壓次數。試驗數據見下表:

          擠壓次數

          1

          2

          3

          4

          膨潤值ml/3g

          85

          98

          100

          100

           注:試驗條件:對輥擠壓機間距2mm,Na2CO3加入量 4%,水含量30%。

          從上表可以看出:擠壓兩次,就達到鑄造用膨潤土的標準,從降低生產成本考慮,以兩次為生產擠壓次數.

              7堿的不同加入方法對鈉化效果的影響

          我們以先加堿,后加水,與將堿先溶化成堿溶液再加到試驗樣上后分別再攪拌,擠壓等方法進行鈉化比較,試驗數據如下:

          名稱

          1號樣

          2號樣

          3號樣

          直接加堿法:膨潤值ml/g

          38

          44

          46

          加堿溶液法:膨潤值ml/g

          42

          52

          51

           注:試驗條件:除加堿方法不同外,其它相同

          從上面的3個試驗樣,可以看出以同樣的鈉化生產設備與同樣的工序,直接加堿法沒有加堿溶液法的鈉化效果好.而現階段大部分企業所用的方法都是前一種,在干加堿效果不佳的情況下,有必要選擇加堿溶液的方法,來提高產品人品位.

             8膨潤土原礦與風化后的膨潤土分別進行鈉化的不同效果。

          名稱

          1A號樣

          2A號樣

          3A號樣

          原礦鈉化:膨潤值:ml/g

          37

          32

          45

          風化后鈉化:膨潤值:ml/g

          39

          33

          49

          注:試驗條件:對輥擠壓機間距2mm,Na2CO3加入量 4%,水含量30%。

          從表中可看出:膨潤土風化后進行鈉化效果優于原礦鈉化。膨潤土風化后的鈉化效果各種膨潤土因其屬性,屬型及組份的不同,所起的鈉化作用效果也不盡相同。要根據風化后的鈉化效果好的礦種進行晾曬風化,以便使相同的原料,鈉化后達到最好的改性效果。

             9.膨潤土鈉化改性原料中水份對風鈉化效的影響

          膨潤土原土水份

          12%

          15%

          20%

          24%

          鈉化效果:膨潤值:ml/g

          45

          42

          40

          32

          注:試驗條件:對輥擠壓機間距2mm,Na2CO3加入量 4%,水含總體控制到30%。

          從上表中可以看出原料水分含量越低,其鈉化的效果越好.

             10.鈉化對輥的各種條件對鈉化效果的影響.

          試驗鈉化改性膨潤土原料:吸藍量:A樣為35g/100g.B樣為30g/100g。水份14%。改性劑為碳酸鈉。加水量為膨潤土干基的25%。首先膨潤土料與堿混均,加水后攪拌均勻,陳化24小時。攪動風干水份到27%,擠壓(對輥間隙為3mm)后進行下面的各項試驗分析。

          試驗項目

          相同轉速不同半徑

          相同對輥半徑不同轉速

          相同對輥半徑等差速

          試驗條件

          20cm

           

          60cm

           

          60轉/min

          15轉/min

          等速

          差速

          膨潤值

          A樣

          70ml/2g

          73ml/2g

          76ml/2g

          77ml/2g

          76ml/2g

          77.5ml/2g

          B樣

          59ml/2g

          61ml/2g

          60ml/2g

          61.5ml/2g

          60ml/2g

          61ml/2g

          (1)     對輥半徑不同的試驗:取對輥轉速為45轉每分鐘.通過調速電機來實現不同半徑對輥的相同轉速.通過試驗可知,相同轉速,對輥半徑大的鈉化效果優于半徑小的,但這里應當考慮不同半徑對輥的用電功耗的問題,在生產中要根據電能消耗與產品指標綜合來確定對輥的半徑大小尺寸.

          (2)     對輥半徑相同,不同轉速試驗:對輥直徑為60cm..通過調速電機來實現對輥的不同轉速.麻試驗可知:低轉速的對輥其鈉化效果好于高轉速的.這主要源于低轉速對輥在擠壓時,對物料的作用時間相對廷長,形成斷鍵增多,更好的吸附鈉離子.故鈉化效相對變好.根據當地的幾家企業生產證明,只有合理的對輥半徑條件下,選取20—15轉/分鐘時效果較好.當低于此數值時,生產效率大為降低.造成生產成本加大.

          (3)     對輥半徑相同,兩個擠壓輥轉速不同與相同的試驗:通過調整調速電機來實現擠壓輥的不同轉速.試驗可知:在選擇合適的對輥半徑合適的轉速后,等速的不如差速的效果好,但相差的不是很大,這就要根據鈉化產品的需要來選擇等到速還是差速.如生產鈉化粉體產品.采用差速較好,如生產鈉化膨潤土防水顆粒,就應當采用等速對輥鈉化.因差速對形成擠壓顆粒有一定的破壞作用.

          四.結語

          通過上面的幾項試驗,我們不難看出:以建平地區膨潤土為試驗樣,鈉化試驗的結果為:鈉化改性劑碳酸鈉的加量為總量的3—4%,擠壓對輥間距2—2.5mm.,鈉化加水量為總量的30%,陳化時間以一個星期較為理想,陳化溫度以大于15度為最佳的陳化溫度.擠壓次數以2---3次為宜,堿的加入方式以堿溶液方法加入最為理想,但在指標要求不是很高的情況下,為節約成本也可使用干式加堿法,但這兩種方法都必需經過充分的攪拌.混均勻.對于使用的膨潤土原礦還是風化土,以及對原料中的水份控制,與對輥的各種條件使用,要根據生產產品的不同,而合理的選取不同的方法與條件。希望使用者,在生產過程中,要進行試驗后再進行大規模使用。本試驗包含的的范圍較廣,有的試驗為有關企業幫助試驗所提供,在此對為試驗提供幫助的企業和同仁深表謝意。


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