凹凸棒土研究与开发

凹凸棒土研究与开发

国外现状

    国外，尤其是美国、日本对凹凸棒土的研究开发较多，已在石油钻井泥浆、农药、化肥、化工吸附剂、催化剂、污水处理、印刷、涂料、黏结剂、太阳能贮热等众多领域开发出上千种产品。美国凹凸棒土目前的年产量超过120 万吨，主要消费使用结构百分比为：净化与动物垫圈约31％、石油工业及油脂净化过滤脱色28.3％、钻井泥浆7％、肥料4.6％、油漆0.8％、农药及其它16％，此外，出口11.6％。出口产品中，近85％为石油、油脂吸附材料等。

国内成果

　　1.凹凸棒石粘土作印花糊料。

    “凹凸棒石在印染工业上的应用”是安徽省地质实验研究所的一项成果，用凹凸棒石黏土作印花糊料(即PL -1型印花糊料)，经印染适应性试验证明，这种糊料具有稳定性好、化学相容性好、着色率高、操作方便等优点，并且成本低、无污染，可降低印花成本，具有明显的社会、经济效益。

　　2.利用机械加工提高凹凸棒石粘土造浆性能。
　　
    安徽省地质实验研究所通过对影响凹凸棒石黏土造浆率因素的研究，得出影响原土造浆率的因素主要受凹凸棒石黏土含量及其赋存状态、晶体大小及分散性的制约。造浆率与原土中凹凸棒石含量在总的趋势上呈正比关系。但凹凸棒石黏土的赋存状态对其在介质中的分散性有重大影响。例如，呈单根纤维交织状的凹凸棒石黏土的造浆率比呈束状、层片 状集合体造浆率高。在试验研究的基础上，采用机械方法对凹凸棒石黏土施加足够的剪切力；采用湿法加工，克服其纤维间的静电引力，将束状或层状纤维集合体撕成单根交织状，而不破坏其单体长度，并使其在液体中形成网架结构，从而提高造浆率。

　　3.白云石凹凸棒石黏土用作涂料。

　　江苏省地矿局中心试验室利用含白云石的凹凸棒石黏土，研究出一种新型内墙涂料。该涂料具有黏结力强、遮盖力好、涂层干燥快、耐磨性好、涂层光洁、价格低廉等优点。该成果已在全国许多涂料厂推广应用。

　　4.凹凸棒石黏土活化新工艺。

　　西南工学院对安徽省嘉山凹凸棒石粘土原矿进行试验，研究出了一种活化凹凸棒石黏土的新工艺。这种新的活化工艺流程相当简单，类似于干法热活化工艺，采用这种工艺生产的活性凹凸棒黏土，其脱色力，似湿法酸活化法。与湿法酸活化法相比，简化了工艺流程，大幅度降低了能耗、水耗、基本上消除了环境的污染，对生产设备无腐蚀。

　　5.凹凸棒石黏土用作天然食品加工助剂。

　　南京市粮科所、南京市卫生防疫站和江苏盱眙县凹凸棒石粘土公司对盱眙凹凸棒石黏土用作天然食品加工助剂进行了共同研究。通过对该凹凸棒石黏土的矿物晶体结构、重金属元素含量、天然放射性元素含量和矿区地表天然放射性本底测定、毒理学试验等综合研究，证明该凹凸棒石黏土是一种安全性较高的新型食品加工助剂和饲料添加剂。
　　目前，国外的凹土探明储量仅有4000多万吨左右，主要分布于美国、法国、澳大利亚、土耳其、俄罗斯和印度等一些国家，经长期开采，已日趋枯竭。据预测，未来国外市场需求将趋于紧张。我国的凹土资源比较丰富，主要分布在江苏、安徽、河北、内蒙古。其中以江苏、安徽的蕴藏量较多，截至2001年底仅对江苏和安徽9个产区查明凹土矿石资源量就达6074.2万吨，但至今我们未能很好的开发利用。因此，结合我国国情，应加速研究开发，充分利用我国资源，进入国际市场乃是当务之急。

市场需求

    1、饲料行业。作为颗粒饲料黏结剂、混合饲料添加剂、混合饲料载体等。
　　采用凹土不仅可节约粮食，降低成本，而且有利于饲料转化。目前我国饲料产量估计近1亿吨左右，其中配合饲料和浓缩饲料占90％以上，位居世界第二，应用矿物添加剂总量估计为400万吨左右，凹土原料开发至少需要50 万吨左右。
    2、建材行业。凹土可应用在建筑涂料、乳胶、矿棉吸音板（天花板）、墙板材料，全年需要量约5万吨。
    3、石油行业。凹土经特殊加工后，作为钻井泥浆主要材料，可用于海洋钻井、内陆钻井、深钻井等。
　　目前，我国一直从国外进口钻井泥浆，全国需求量约10万吨，目前到岸价为300美元／吨左右。若以国内产品替代进口，不仅可节约大量外汇，而且还可大大提高企业效益。按照美国API标准要求：造浆率大于16 立方米／吨，我们完全可以达到。本公司生产的钻井泥浆一级品达到（API标准）17.5 m3／吨以上，二级品达到(石油部OCMA标准)12.5m3/吨以上.　　
    4、用于脱色、除臭和环保方面。经特殊加工的活性凹土取代昂贵的活性炭，作食油的脱色，液体糖的脱色、污水净化剂和动物窝垫等前景十分广阔。
    5、分子筛和催化剂行业。上海VOP公司已利用凹土制作分子筛。凹土不仅可作分子筛，而且还可作催化剂的载体。
    6、干燥剂。经精加工制得的干燥剂，其吸湿速度、吸湿率均优于细孔硅酸。据国外资料，在高湿度情况下进行干燥过程中，凹土比合成沸石更优越，吸附后含水量可达到其本身重量64％左右，而沸石最多达35 ％左右。
    7、防护放射性污染。凹土是放射性废料的优越载体，可吸附铀元素、锕系元素等，还可以做防化兵和化工厂使用的防毒面具原料。
    8、在农业方面，用凹土可以制作农药载体、除草剂载体、液态化肥悬浮液的稳定剂、肥料造粒等。

开发方向

　　在我国已知矿产资源中，凹凸棒石黏土含量大于50％的量是极为有限的，大于70％的更少。所以选矿是解决低品位凹凸棒石黏土矿利用问题的关键。
　　我国凹凸棒石黏土开发较晚，目前开采的矿床不多，也不大，选矿及加工方法十分简陋。常用的方法是手选，品位提高的幅度很小。因此，加强选矿和加工工艺的研究，提高矿石的品位，改善其理化特性，对于矿石的开发应用是十分必要的。
　　凹凸棒石黏土最有远景的利用领域为油气钻井泥浆，特别是在含盐地层钻井时效果特别显著，且优于膨润土。前苏联的研究表明，用凹凸棒石黏土在复杂地层条件下进行钻井，可使钻井泥浆所用的材料的年均消费额降低74％，且大大缩短钻探时间，经济效果明显。
　　本公司下阶段产品的开发方向：
        1、涂料、油墨、染色剂等的增稠剂。
        2、油类、粮类、脂类等的脱色、吸附剂。
        3、药用、化妆品级凹土产品的开发。
        4、环保吸附剂等。
        5、纳米级凹凸棒土的开发。

凹凸棒土综合利用工艺技术

    1．综合利用技术方法及工艺流程
凹凸棒石粘土的理化性能及工艺特性取决于矿石中凹凸棒石的含量以及深加工技术。我国产出的凹凸棒石粘土矿中凹凸棒石含量>50%的极为有限，>70%的更少，所以提纯是解决凹凸棒石粘土应用的关键。
国外的凹凸棒石粘土加工工序主要为：研磨、过筛、干燥等。如美国的Floridin公司的加工过程为：碾磨机破碎→干燥→过筛分级。
凹凸棒石粘土的加工工艺一般包括四个方面：
    挤压是将凹凸棒石的纤维束分离、撕开，以增加其孔隙体积和比表面积，从而提高其粘度、脱色与过滤能力。
    研磨主要用于生产粗粒或细粒吸附产品，用于脱色、土壤改良、农药化肥载体等；胶体级产品主要用泥浆、表面涂层等。
    热处理使产品干燥并可提高其物化性能。
    添加分散剂与表面活性剂，分散剂是湿法加工过程中降低矿浆浓度；表面活性剂改变矿粉表面性能，主要使经表面改性的凹凸棒石粘土微粉能用于橡胶、塑料等有机基质基中作填料。
    图是盱眙县华丰油田钻井液用材料厂生产涂料用的和生产钻井泥浆的工艺流程。

手选		粉碎		分级		配料		搅拌		成品
				(a)
搅拌		挤压		烘干		研磨		成品
(b)

图 a—生产涂料工艺流程；b—生产钻井泥浆工艺流程