一文了解黏土矿物疏水改性技术

admin 2021-11-29 新闻资讯 92

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我国黏土矿物资源丰富,是经济价值和应用价值较高的非金属矿产资源,其主要包括高岭土、膨润土、伊利石和绢云母等矿物。黏土矿物表面是亲水疏油性的,难以和有机基体很好的相容,因此需对黏土矿物表面进行疏水化处理,提高黏土与有机相的相容性,以达到其应用功能。黏土矿物疏水改性是用物理、化学或机械方法对其进行处理,以使其表面由亲水性变为疏水性,其技术主要包括改性方法、表面改性剂及其配方、工艺、表面改性设备等。1、黏土矿物疏水改性方法疏水改性方法大体上可分为化学改性法和物理包覆改性法。(1)黏土矿物化学改性法化学改性即利用改性剂与黏土矿物某些官能团进行化学反应或化学吸附,达到其表面疏水的目的。黏土矿物表面的-Si(Al)-OH、-Si-O-Al-和-Si(Al)-O-等官能团具有化学反应活性,可与有机化合物反应,可根据需要将不同类型的有机官能团与之接枝,使其表面疏水。化学改性法所采用的改性剂有偶联剂、羧酸类官能团聚合物等,其中偶联剂最常用。(2)黏土矿物物理包覆改性法物理包覆改性即主要借助粘附力(如双电层外层静电引力、范氏引力、离子交换等),将改性剂覆盖于黏土矿物片层表面,使其表面疏水。物理包覆改性法常用的改性剂有脂肪酸类、有机胺类、聚合物改性剂等。2、黏土矿物疏水改性工艺目前黏土矿物表面疏水改性工艺有干法、湿法和半干法三种。干法疏水改性工艺:简单,就是将改性剂(特别是非水溶性改性剂)及其助剂用少量的稀释剂稀释后,在高速搅拌机中边搅拌边将其加入或利用连续喷雾的方法加入,搅拌一定时间(或同时加热到一定温度)完成改性作用后,将物料排出得到改性后产品。湿法疏水改性工艺:需要制浆、脱水和干燥等过程,相对较复杂,效率较低,适用于纳米级的颗粒。若黏土矿物颗粒粒径<0.01mm,脱水过程是比较困难的。但是其改性效果好。半干法疏水改性工艺:与干法工艺是相似的,不同之处是半干法是将适量的水、改性剂及助剂的混合物添加到矿物中,而改性产品是粘稠状,需要稍微的干燥。3、黏土矿物疏水改性设备黏土矿物疏水改性设备可分为干法设备和湿法设备两大类,其中干法设备主要有捏合机、高速加热混合机、卧室加热混合机、高速冲击式分体表面改性机、连续式粉体表面改性机等;湿法改性设备主要有反应釜、反应罐或搅拌桶等。在疏水改性工艺和改性剂配方确定的情况下,改性设备就成为影响黏土疏水改性效果的关键因素。改性设备性能的优劣,不在其转速的高低或结构复杂与否,关键在于以下基本工艺特性:①对黏土颗粒及改性剂的分散性;②使黏土颗粒与改性剂的接触或作用的机会;③改性温度和停留时间;④单位产品能耗和磨耗;⑤粉尘污染;⑥设备的运转状态。4、改性效果表征常用的黏土疏水改性效果表征方法有表面润湿法、浮沉法、活化指数法和浊度法等。表面润湿法是利用黏土矿物改性前后表面性质的变化而促使表面的润湿性发生变化来对改性效果进行评定,主要是测量接触角的变化。浮沉法是对黏土矿物疏水改性效果的一种简单评价方法,适用粒度较大的颗粒。活化指数法是用漂浮在水面的改性黏土矿物的质量分数H来表示。H=漂浮部分的质量/样品质量,H值为0~1,H值越大改性效果越好。浊度法机理是当光线通过非极性或弱极性分散体系时入射光线强度会减小,这样可以用X射线透过法测定因黏土矿物浓度变化而引起的浊度变化来表征黏土矿物疏水改性的效果。5、黏土矿物疏水改性存在问题及发展趋势(1)由于黏土矿物是亲水材料,如不进行疏水改性,应用受到限制。疏水改性的两个要素分别是:

搅拌作用:对设备有一定要求(搅拌时间和搅拌时间),但是现在黏土矿物疏水改性的大多数设备还是借用一些通用化工设备,专用设备还较少。因此今后需要发展适应性强的专门的改性处理设备。药剂制度:不仅要求疏水改性效果好,还要求尽量不改变黏土的其他性质(例如,增加其疏水性的同时尽量不改变其吸油值),并且价格低廉,但是现在用于疏水改性的药剂比较单一,针对性不强。因此今后需研制更专一、经济、高效、绿色的疏水改性剂。(2)大多数疏水改性后的黏土矿物只是作为一种中间材料而并非最终的材料或制品,目前黏土矿物日趋粒径微细化、表面活性化、结构复杂化,其亲水性会更强,复合处理工艺会成为未来的发展趋势。(3)对于黏土矿物疏水改性效果还需建立一套完善的细化的鉴定标准,以使黏土矿物疏水改性技术达到理想的应用效果。参考资料: [1]高丽娜,闵凡飞,彭陈亮,等.黏土矿物疏水改性研究现状及发展[J].矿产综合利用,2014(01):20-24.[2]周奇. 粘土矿物的有机功能化及其重金属吸附特性研究[D].中国地质大学,2016.

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