膨潤(rùn)土的提純技術(shù)研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題
1 改善膨潤(rùn)土物理性質(zhì)的提純研究
大量資料表明，膨潤(rùn)土提純深加工基礎(chǔ)研究主要集中在改善其物理性質(zhì)方面，何宏平曾研究了兩個(gè)膨潤(rùn)土礦除鐵的工藝，其目的是改善產(chǎn)品的顏色和性能。研究詳細(xì)探討了影響蒙脫石的物化性能的鐵的賦存，為蒙脫石中鐵的處理提供理論依據(jù)。Lewis發(fā)明了提高膨潤(rùn)土的粘度的流程。Clem提出了提高膨潤(rùn)土的造漿率的方案。Le Blanc發(fā)明了改善膨潤(rùn)土泥漿造漿率的藥劑。王貴和提出磁化膨潤(rùn)土泥漿可降低膨潤(rùn)土鉆井混漿的粘度和切力。
Hentz等人提出提高膨潤(rùn)土吸附次甲基藍(lán)的能力的方法。Low 等人提出增加膨潤(rùn)土的膨脹性的工藝流程。Low同時(shí)指出，膨潤(rùn)土膨脹性及流變學(xué)性質(zhì)與膨潤(rùn)土比表面積有關(guān)。Odom等人的研究結(jié)果說(shuō)明膨脹性與比表面積有關(guān)，與b軸尺寸無(wú)關(guān)，蒙脫石晶格b軸尺寸與比表面積成線性關(guān)系。Margheim 等人認(rèn)為膨潤(rùn)土的流變學(xué)性質(zhì)也取決于其比表面積。Stucki研究指出，水蒸汽存在時(shí)，蒙脫石八面體晶格中的Fe2+可以更快地氧化為Fe3+等等。
2 提高蒙脫石含量的提純研究
目前，膨潤(rùn)土礦的提純有干法和濕法兩種方法。干法主要應(yīng)用于蒙脫石含量在80％以上膨潤(rùn)土原礦的提純；濕法適用于蒙脫石含量30～80 ％ 的膨潤(rùn)土原礦的提純。我國(guó)已開發(fā)利用的膨潤(rùn)土資源中蒙脫石含量普遍在60 % 左右。盡管如此，干法作業(yè)仍然在我國(guó)膨潤(rùn)土礦山占支配地位。
單承湘的研究指出，干法可得到蒙脫石含量為99 % 以上的膨潤(rùn)土。實(shí)踐表明，目前我國(guó)沒有一家企業(yè)可以達(dá)到上述指標(biāo)，一般蒙脫石含量在50~75 %，干法不可能制備出高質(zhì)量膨潤(rùn)土。
王澤民利用沉降法提純膨潤(rùn)土，蒙脫石含量從65 %提高到90 %左右；Hassan等人采用擠壓剪切－擦洗－水力旋流器分級(jí)－酸浸或堿浸的方法處理埃及鈣一鎂級(jí)膨潤(rùn)土得到了工業(yè)級(jí)蒙脫石產(chǎn)品。
龍小慶采用改型、打漿、多次離心分級(jí)、上部懸浮液過(guò)濾干燥的方法，對(duì)新疆鈉鈣基膨潤(rùn)土提純制備了含蒙脫石90 %~96 %的高純膨潤(rùn)土精礦；張建樂采用NaOH對(duì)礦漿攪拌改型，澄清后的上部懸浮液以清水洗滌至pH值中性，然后以碳酸鈉為改型劑在80℃改型，經(jīng)多次沉降分離，對(duì)信陽(yáng)膨潤(rùn)提純土，蒙脫石含量達(dá)到85.09 %，對(duì)屯溪膨潤(rùn)土提純，蒙脫石含量達(dá)到93.61 %；吳東印等采用鈉化改型－濕法分級(jí)提純的工藝流程，提純上天梯鈣基膨潤(rùn)土，使蒙脫石含量從55－65 %提高到90.06 %。
對(duì)膨潤(rùn)土改性、活化可改善提純結(jié)果。李為民采用擠壓、水選、水洗、鈉化、脫水、干燥、粉碎的辦法制備精制膨潤(rùn)土。榮葵一采用鰲合物做分散劑，對(duì)臨安膨潤(rùn)土采用濕法活化改性，二次沉降分級(jí)的方法制備出含蒙脫石90.46 %的產(chǎn)品。
張玉玲等使用絮凝法提純鈣基蒙脫石，用無(wú)機(jī)、有機(jī)絮凝劑和自制醋酸甲殼素溶液，分別對(duì)膨潤(rùn)土漿液進(jìn)行絮凝提純，結(jié)果表明自制的醋酸甲殼素溶液的提純效果較好，膨潤(rùn)土白度達(dá)78.6%，其蒙脫石含量達(dá)到90.1 %。
歸鳳鐵等在對(duì)膨潤(rùn)土首先酸化處理的基礎(chǔ)上，研究了鈉化劑、鈉化溫度、時(shí)間及膨潤(rùn)土粒度對(duì)酸性膨潤(rùn)土提純效果的影響。提出了在室溫下，對(duì)300目酸性膨潤(rùn)土用NaCl經(jīng)24 h鈉化處理，再經(jīng)噴霧烘干制備鈉采用基膨潤(rùn)土的新工藝，制備的膨潤(rùn)土蒙脫石含量74 %； Goodman Howard等人采用堿處理的方法制備無(wú)菌膨潤(rùn)土，在干燥前采用高壓均降器處理，其特點(diǎn)是將鐵、硅等雜質(zhì)溶出。
Mosiewicz Morek等人采用類似方法，調(diào)pH值至9-9.5，溫度200℃，壓力200 ba，通過(guò)水熱反應(yīng)溶出硅雜質(zhì)，控制反應(yīng)體系中的堿金屬和堿土金屬離子比例，分別得到二八面體蒙脫石和三八面體蒙皂石。
采用NaOH堿溶法，廣西地礦局也曾試驗(yàn)得到蒙脫石含量93 %的膨潤(rùn)土精礦；同一樣品采用浸泡（16 h，濃度15 %），搗漿（3000 r/min ），離心分級(jí)（3000 r/min）只能得到80.5－84 %蒙脫石的精礦。鄭海輝等公開了《提純蒙脫石的方法和提純蒙脫石及其組合物》的專利，使用濕法提純，通過(guò)水力旋流器或碟式螺旋分離器除去比重大、顆粒粗的組分，對(duì)于含有方英石的蒙脫石，利用蒙脫石納米晶片與方英石在堿性介質(zhì)中水化解理能力的差異，通過(guò)水熱法，用1 mol/L的NaOH溶液將膨潤(rùn)土配成30 %的料漿，在120℃水熱處理1小時(shí)，將方英石水解變成液相，而將其從蒙脫石中加以分離出去。
利用沉降分級(jí)和離心分級(jí)相結(jié)合，童筠等對(duì)平山以石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石為主要雜質(zhì)的鈉基膨潤(rùn)土進(jìn)行了提純研究，其產(chǎn)品中-2 µm者占65-85 %，蒙脫石含量85 %。Patel等人的研究結(jié)果表明，高速離心和超濾作業(yè)不能有效去除方英石和石英。
莫文生用六偏磷酸鈉溶液提純蒙脫石含量在60 %－80 %的原礦效果較好，精礦純度93.5 %、產(chǎn)率34.3 %，蒙脫石在精礦中的分布率53.45 %。
許上時(shí)等對(duì)以方英石、長(zhǎng)石和石英為主要雜質(zhì)的福建某蒙脫石含53.35 %膨潤(rùn)土礦進(jìn)行提純?cè)囼?yàn)，得到產(chǎn)品1含蒙脫石58.35 %，產(chǎn)品2含蒙脫石47.93 %，產(chǎn)品3含蒙脫石50.55 %。
通常，經(jīng)過(guò)提純處理后的膨潤(rùn)土中仍然殘留少量的方石英、石英等硅質(zhì)雜質(zhì)，無(wú)法分離。本研究組前期提純實(shí)驗(yàn)中存在上述現(xiàn)象。大量研究數(shù)據(jù)顯示，濕法提純蒙脫石的高含量一般僅為90 ％左右，且一些細(xì)小雜質(zhì)微粒用水無(wú)法分選出來(lái)。前人推測(cè)上述雜質(zhì)可能存在于蒙脫石的結(jié)構(gòu)中(無(wú)實(shí)驗(yàn)證據(jù)證明此推測(cè))。閆景輝還進(jìn)一步說(shuō)明，鈣基膨潤(rùn)土是鈣離子被吸附于晶體的表面，使蒙脫石晶層表面剩余的陰離子數(shù)幾乎為零。由于鈣基蒙脫石分散在水中后、單個(gè)晶層間有輕微膨脹，但仍保持之間的聚集狀態(tài)，使得鑲嵌于其中的方石英雜質(zhì)被包裹其中不能分離(無(wú)實(shí)驗(yàn)證據(jù)證明此推測(cè))。
3 膨潤(rùn)土的提純存在的問(wèn)題
鄭水林認(rèn)為，由于許多分離或分選的非金屬礦物嵌布微細(xì)，只有經(jīng)微細(xì)粉碎后才能單體解離，而目前我國(guó)微細(xì)粒選礦提純技術(shù)發(fā)展后滯，榮葵一認(rèn)為，采用干法分選不可能得到高品質(zhì)產(chǎn)品，因?yàn)槊擅撌芏龋?.1～2.5 g/cm2）與雜質(zhì)礦物密度（2.5～2.6 g/cm2）相差很小。而且，干法磨礦不可能將粘土礦物（-2 µm粘粒）與雜質(zhì)充分解離。另外，干法作業(yè)的缺點(diǎn)是粉塵污染大，膨潤(rùn)土中的石英導(dǎo)致矽肺。國(guó)家制訂了膨潤(rùn)土粉塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(以含Si02 10 %計(jì))：高允許濃度: 10 mg/m3，時(shí)間加權(quán)容許濃度6.0 mg/m3。我國(guó)膨潤(rùn)土礦以中低品位鈣基膨潤(rùn)土為主，因此，采用濕法作業(yè)制備高純膨潤(rùn)土產(chǎn)品是個(gè)大方向。
化學(xué)提純法是利用化學(xué)試劑與膨潤(rùn)土中的雜質(zhì)礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而將雜質(zhì)去除的方法。吳平宵蒙脫石酸活化與微結(jié)構(gòu)變化關(guān)系研究認(rèn)為：酸對(duì)蒙脫石也有溶蝕作用，會(huì)影響蒙脫石的表面結(jié)構(gòu)，使硅氧四面體發(fā)生畸變。林培滋等堿與巖石礦物組分(蒙脫石、石英)的相互作用及動(dòng)力學(xué)研究認(rèn)為：蒙脫石和石英在堿的作用下發(fā)生溶蝕。石英在200 h以內(nèi)大約溶蝕掉0.15 g，在同樣的時(shí)間內(nèi)蒙脫石大約溶蝕掉0.3 g。用XRD分析固相物質(zhì)發(fā)現(xiàn)：除蒙脫石的衍射峰以外，有新的衍射峰出現(xiàn)，表明有新物相生成。
據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，提高蒙脫石含量的選礦基礎(chǔ)理論及技術(shù)方法研究偏少，且主要側(cè)重于選礦工藝參數(shù)的研究。由于自然界方石英大多數(shù)根據(jù)不同成因，以石英質(zhì)燧石或蛋白石形式存在。結(jié)晶度較差，粒度一般均小于2 μm，甚至納米級(jí)。另外，粘土礦物被稱為天然納米材料，具有晶粒細(xì)、結(jié)晶程度變化大、成分復(fù)雜的特點(diǎn)，影響因素復(fù)雜，給分析和提純帶來(lái)很大難度。目前，膨潤(rùn)土中超細(xì)SiO2雜質(zhì)的賦存狀態(tài)，以及對(duì)膨潤(rùn)土選礦的影響等基礎(chǔ)理論研究尚無(wú)報(bào)道。
總之，我國(guó)目前膨潤(rùn)土提純研究現(xiàn)狀存在的主要問(wèn)題是：一，由于蒙脫石礦物晶粒細(xì)、結(jié)晶差、成分多變，并伴有其他粘土礦物和粒度極細(xì)的方石英及石英等雜質(zhì)，因此其分離提純非常困難，特別是鈣基蒙脫石提純尤其困難。第二，醫(yī)藥、食品和化妝品等用膨潤(rùn)土或蒙脫石（一般為鈣基土）不宜用化學(xué)法提純，也不宜加入毒性較大的分散劑、絮凝劑進(jìn)行提純，以免化學(xué)試劑引入的毒性物質(zhì)對(duì)蒙脫石精土的污染。第三，化學(xué)法提純?nèi)芪g方石英的同時(shí)部分蒙脫石被溶蝕掉，而且反應(yīng)生成新的物相等。
綜上所述，現(xiàn)有膨潤(rùn)土濕法提純工藝尚難以滿足膨潤(rùn)土深加工產(chǎn)品對(duì)高純膨潤(rùn)土原料的需求，膨潤(rùn)土開發(fā)應(yīng)用研究長(zhǎng)期處于低水平重復(fù)，對(duì)影響膨潤(rùn)土提純的礦物學(xué)影響因素、物理化學(xué)問(wèn)題缺乏認(rèn)識(shí)，尤其對(duì)超細(xì)SiO2雜質(zhì)的賦存狀態(tài)的認(rèn)識(shí)和研究不夠深入、細(xì)致。對(duì)膨潤(rùn)土資源的合理開發(fā)利用缺乏理論依據(jù)，技術(shù)指導(dǎo)。因此，造成資源得不到合理、有效的利用，并導(dǎo)致環(huán)境的破壞和資源浪費(fèi)。
