首页 > 新闻资讯 > 行业新闻>膨润土在矿业领域中的应用及国内外差异
膨润土在矿业领域中的应用及国内外差异
2020-08-14 [164]

在矿业领域,膨润土主要应用在冶金、铸造、钻井和废水处理等方面,用作无机粘结剂、水介质体系的增稠剂和流变性控制剂。

1、铸造工业

铸造工业主要利用的是膨润土的可塑性和粘结性,可作为生产铸模材料的粘合剂和醇基涂料的悬浮剂。铸造业应用的膨润土大多都是通过钙基膨润土进行钠化改性的,通过钠离子取代膨润土层间的钙离子来提高其湿压强度、热湿拉强度和复用性,进而提高铸造产品质量和减少膨润土的用量。

目前,湿型砂造型是铸造业中使用最多的造型方法,膨润土作为湿型砂的黏结材料,对湿型砂各方面的性能有直接的影响。在醇基涂料中加入膨润土能提高铸造涂料的悬浮性,也会增加铸造涂料的发气量,降低铸造涂料的高温抗裂性。

国内外应用差异:

在国外,近年来美国国内消耗的膨润土中铸造占用13%,欧盟铸造领域占消费总量的24%。同时,国外通过改性膨润土作结合剂已使用于铸造工厂。例如ENVI结合剂已经在德国、荷兰和法国使用。

而在国内,据估计目前膨润土产品年产销量约270万t,其中用于铸造型砂约l00万t。且国内天然钠基膨润土资源匮乏,故大部分都是用人工钠化膨润土作为铸造工业的黏结剂。

此外,国内铸造技术还不先进,制成的铸造产品比较低级,在国际市场出现低进高出的局面,故国内应该注意这些问题。

2、石油钻井工业

钻井泥浆主要利用的是膨润土的分散性、悬浮性、粘结性及触变性。钻井泥浆在钻探过程中可清洁井底并携带岩屑、冷却和润滑钻头及钻柱、平衡地层压力的作用,在钻井作业中非常重要。

在石油钻井工业,钙基膨润土的吸水性、造浆性及触变性等基本无法满足其要求,故必须经过改性加工。通过钠离子或有机物取代膨润土层间可交换阳离子或结构水进行钠化或有机改性,或者添加无机、有机增效剂等有效方法。经改性后的膨润土的吸附性、悬浮性及触变性等明显提高且复合要求。在钻井液中有较好的携带性和流变性,能有效地防止腐蚀,润滑钻井;同时也有可观的提切、增黏效果,可作为配制油包水泥浆和优良的抗高温解卡剂的原料。

国内外应用差异:

在国外,多数国家在新型钻井液体系方面已有更好的发展。如HPWBM钻井液体系与传统的钻井液相比,能更好地抑制黏土和钻屑分散,减少钻头泥包,目前HP-WBM体系已在墨西哥湾、美国大陆、巴西、澳大利亚及沙特阿拉伯等国家和地区得到了应用。此外,其他油基钻井液体系、和成基钻井液体系等也有相应的进展,且国外在钻井级膨润土、未处理膨润土和OCMA膨润土三种分类上都有其产品。

在国内,目前用于高品位钻井液的膨润土产量还远远不足。虽然我国膨润土资源丰富,但目前我国市场上供应的用于钻井液的膨润土基本上以OCMA级膨润土为主,未处理膨润土几乎没有,能够达到钻井级膨润土的产品不多,大量的钻井级膨润土还需要依赖进口,其生产加工技术远落后于发达国家。同时,我国钠基膨润土资源有限,不能满足钻井液用膨润土的要求,必须经过改性加工。

3、冶金工业

冶金球团利用的是膨润土的黏结性、膨胀性和阳离子交换性。膨润土与铁精矿粘结后不发生化学变化,也不影响造球成球的化学性质,在高温下这种粘结特性也不改变,故在国内外被广泛应用于冶金球团的粘结剂。

铁矿球团是一种细粉状铁精矿的造块方法,膨润土作为球团粘结剂,可改善铁矿成球性能,提高生球强度,但膨润土的添加也降低了球团的铁品位,故在球团生产过程中,应尽量控制膨润土的用量。所以实际应用的膨润土中部分是经过改性的,通过钠化和有机改性来增强其吸水率、分散性及膨胀性等,以此来降低膨润土的配入量。

国内外应用差异:

在国外,近年都广泛采用膨润土作为球团矿常用的粘结剂,并且膨润土的平均配入量都达到低于1%。在进一步对膨润土在球团矿中的作用机理的研究中,验证了国外提出的膨润土纤维结构理论。

进入21世纪,我国冶金球团得到了国家产业政策的扶持,也得到迅速发展。但我国在生产技术上表现为球团矿含铁品位低,膨润土添加量过高(1.5%~3.5%)等,与国外的技术(低于1%)还是有很大差距的。故国内应该研究开发新型低廉粘结剂来提高国内球团矿的品位及质量。

4、矿山废水处理

在处理矿山废水方面,利用的是膨润土的吸附性能和离子交换能力,且有较大的比表面积,可与其他材料组合成矿物复合材料使用。

不管国内还是国外,矿产资源在利用和开采过程中都会产生大量的矿山废水,其pH值较低,且含有Fe2+、Mn2+、Cu2+和Zn2+等重金属离子,其中污染范围最广、危害程度最大的是酸性矿山废水(AMD)。直接排入水体的AMD会导致水质酸化,其重金属离子通过沉淀、吸附及生物链不断富集,将严重影响自然环境。现今对矿山废水的治理研究越来越重要,特别是酸性矿山废水,吸附法具有操作简单、适应范围广、成本低等优点。

近年矿物材料膨润土-钢渣复合材料成为处理矿山废水的研究热点。通过把膨润土和钢渣混合制成膨润土-钢渣复合材料来处理酸性矿山废水,以此实现以废治废和降低矿山废水处理成本。

国内外应用差异:

在矿山废水处理方面,目前国内外研究技术相差不大,仅在在最新的微生物法上,国内相较于国外应用起步较晚,仍处于研究阶段。国内外研究人员都在努力寻找治理方法,但取得的成果较小。在国内,AMD年排放量为36亿t,占全国工业废水总排放量的10%左右,而处理率仅有4.28%,因此AMD的污染已成为突出的污染问题。故国内在矿山废水处理方面应加强研究,减少这方面的污染或从根源上减少矿山废水的产生。

5、其他应用

除了以上四种主要用途外,膨润土在矿业领域还有其他的应用。例如在金属尾矿库方面,长期存放的尾矿库因里面重金属离子渗出,存在非常大的潜在危险。而膨润土防水毯在金属尾矿库可用作为衬垫来减少金属离子的渗透,得到有效利用。此外,还可以利用膨润土粘结焦粉制备焦粉型煤及土壤修复。

来源:郑长文,管俊芳,郑佳敏,等.矿业领域膨润土应用的研究进展[J].矿产综合利用,2020(03):22-27.

您的姓名

联系电话

公司名称