粘土矿物加工工艺
膨润土的加工及其利用
膨润土的加工及其利用膨润土是一种具有良好的吸附性能和膨胀性能的粘土矿物，广泛应用于建筑材料、环境治理、石油开采、冶金等领域。
膨润土的加工及其利用方法有很多种，下面就对其进行详细介绍。
一、膨润土的加工方法首先，膨润土的初加工是指从矿石中提取膨润土矿物，常见的方法有机械破碎、磁选、洗选等。
一般经过初步加工后，膨润土的水分含量会较高，需要进行简单的干燥处理，以便进行后续的加工。
然后，膨润土的细加工是指对初级膨润土进行进一步的处理，以提高其物理和化学性能。
细加工包括粉碎、脱水除杂和改性等。
粉碎通常采用球磨机或者超细研磨机进行，以获得所需的颗粒度。
脱水除杂是通过离心分离、压滤或者真空过滤等方法去除膨润土中的水分和杂质。
改性是指通过添加剂或者化学反应对膨润土进行处理，以改善其性能。
常见的改性方法有防水处理、结构改变、酸洗等。
二、膨润土的利用方法1.建筑材料膨润土在建筑材料中的应用非常广泛，主要包括墙体材料、地坪材料和隔热材料等。
膨润土可以作为增塑剂和稳定剂添加到混凝土中，以提高其塑性和耐久性。
此外，膨润土还可以作为填料添加到灰浆中，以改善其粘附性和流动性。
2.环境治理膨润土具有良好的吸附能力，可以用于土壤修复、水体处理和污泥处理等环境治理过程中。
膨润土可以吸附重金属离子和有机物，净化土壤和水体。
此外，膨润土还可以与污泥混合，加速污泥中有机物的分解和稳定。
3.石油开采在石油开采过程中，膨润土被广泛应用于钻井液和堵漏剂。
膨润土可以增加钻井液的黏度和抗高温性能，减少井眼塌陷和溢流等问题。
同时，膨润土还可以作为堵漏剂添加到井眼中，以减少水和油之间的渗透，提高油井的开采效率。
4.冶金膨润土在冶金行业中有广泛的应用，主要用于稀土和稀有金属的提取和分离。
膨润土可以与金属离子形成络合物，从而实现金属的富集和分离。
此外，膨润土还可以作为炉料添加剂，改善炉料的流动性和熔化性。
总之，膨润土具有很多种加工和利用方法，可以在各个领域发挥重要作用。
粘土矿物的晶体构造与性质
三.造浆粘土的选用
钻井泥浆是粘土在水中的分散体系，从钻井工程 的工艺要求出发，需要采用较为优质的膨润土造 浆，即需要选用以含蒙脱石为主的钠膨润土为造 浆材料。 国内外富含蒙脱石的大型优质膨润土矿有不少， 如我国的新疆夏子街、山东高阳、辽宁黑山、浙 江余杭，美国的怀俄明以及南澳大利亚等地都有 高纯度的大型膨润土矿床。泥浆公司和粘土粉生 产厂家从这些地方采取粘土矿原料，做适当的加 工，形成造浆粘土的正规产品。
2、表面羟基与H+与OH-的反应（可变电荷）
在酸性环境中：羟基与H+反应，粘土带正电性。
﹥Al-OH + H+
﹥Al+ + OH-
在碱性或中性条件下：羟基与OH-反应，粘土带负电性。 ﹥Al-OH + OH﹥Al-O- + H2O
3、吸附
力等 物理吸附，氢键，分子 化学吸附，化学键力 离子交换吸附，离子交 换
周围吸附的阳离子数目较多，可发生交换的阳离子数目 多，所以C.E.C大。
Ｅ、造浆率高
☞因为蒙脱石具有很强的水化膨胀能力，造浆率高，所以它
是钻井泥浆的主要配浆材料。
（3）伊利石
①伊利石晶体结构示意图
②伊利石特点 A、2：1型粘土矿物 B、存在晶格取代，取代位置主要在 Si-O四面体中，且取代数目比蒙脱 石多，产生的负电荷由等量的K+来 平衡。 C、晶层间引力以静电力为主，引力 强，属非膨胀型粘土矿物。为什么？
⑵蒙脱石
①蒙脱石晶体结构示意图
Si-O Al-O Si-O Si-O Al-O Si-O
②蒙脱石特点
A、2：1型粘土矿物 B、存在晶格取代，取代位置主要在Al-O八面体中，即Al3+ 被Mg2+、Fe2+和Zn2+等取代，产生的负电荷由等量的Na+
粘土类陶粒生产技术及发展
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生 产 技 术
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程大体如图 3B7#/ $ 和 CDE 所示 %
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-85 -4: 3<5
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福建泉州海泥化学组成如表 9 !
表 # 福建泉州海泥化学组成
*)$)$ 颗粒组成
粘土是由各种大小不同的颗粒组成 的 !不同粒径的颗粒 !其矿物种类 % 化学成分不同 ! 因 而物理 % 化学性质也不相同 $ 通常粘土中粒组的划分 为’ 粘 粒 ’ 小 于 !!+) 粉 粒 ’! ,!"!+ ) 砂 粒 ’ 大 于
! 原料要求及焙烧性能 !"! 原料
对于粘土的解释 ! 众说纷纭 !各学科都有其不同 的内容 ! 用于生产陶粒的粘土 ! 从广义上讲 ! 它是一 种自然形成的 ! 以粘土矿物为主要成分或基本成分 的沉积物 ! 具有可塑性和焙烧性能 $ 目前我国焙烧 粘土陶粒的粘土大致有以下几种 ’
粘土矿用途
粘土矿用途粘土矿是一种常见的矿石资源，具有广泛的用途。
它主要由黏土矿物组成，包括蒙脱石、伊利石、高岭土等。
下面将介绍粘土矿的几种主要用途。
1.陶瓷制造粘土矿是制作陶瓷的重要原料。
由于其粘合性和塑性，粘土矿可以用来制作陶瓷原料，如陶土、瓷土等。
经过成型、干燥、烧结等工艺，粘土矿可以制成各种陶瓷制品，如瓷器、陶器、砖瓦等。
这些陶瓷制品在日常生活和工业生产中都有广泛的应用。
2.建筑材料粘土矿也是一种重要的建筑材料。
由于其良好的塑性和可塑性，粘土矿可以制成各种建筑材料，如黏土砖、粘土瓦等。
这些建筑材料具有良好的保温性能和隔热性能，能够有效地节约能源。
此外，粘土矿还可以用来制作涂料、防水材料等，提高建筑物的防水性能和耐久性。
3.填料和增稠剂粘土矿还可以作为填料和增稠剂使用。
由于其颗粒细腻、吸附性强，粘土矿可以用来制作涂料、油漆、胶粘剂等，提高其粘合性和流变性。
此外，粘土矿还可以用来制作塑料、橡胶等材料，提高其加工性能和强度。
4.土壤改良剂粘土矿可以用作土壤改良剂，改善土壤的物理性质和化学性质。
由于其颗粒细小、吸水性强，粘土矿可以增加土壤的保水性和肥力，提高作物的产量和质量。
此外，粘土矿还可以吸附土壤中的有害物质，净化土壤环境。
5.涂料和颜料粘土矿可以用来制作涂料和颜料。
由于其颜色多样、颗粒细腻，粘土矿可以作为颜料使用，用于绘画、印刷等领域。
同时，粘土矿还可以用来制作涂料，提高涂料的遮盖性和耐久性。
粘土矿具有广泛的用途，在陶瓷制造、建筑材料、填料和增稠剂、土壤改良剂、涂料和颜料等领域都有重要的应用。
随着科学技术的不断发展，粘土矿的应用领域还将不断拓展，为人们的生活和工作带来更多的便利和效益。
耐火材料生产工艺
混练设备
混练机
困料
作用
使结合粘土进一步分散，从而使其与水分分布更均匀， 发挥其可塑性能与结合性能，以改善泥料的成型性能
1对粘土砖的作用
氧化钙在泥料中充分消化，避免CaO水化
2钙含量高的镁砖泥料
去除料内因化学反应产生的气体
2.泥浆注入石膏模中，石膏吸收水分，并在其 表面集结成水分较少的泥料膜
半干法成型坯体密实程度
1.泥料性质2.压制压力 3.增压速度 4.加压时间
有触变性的泥料 1.成型易水化的物料如焦油白云石和焦
油镁砂料
2.浇注料
压力机
干燥
干燥：提高坯体的机械强度，有利于装窑操作并保证
烧成初期能够顺利进行
过程
1.结合粘土的干燥 2.熟料的干燥
原料的煅烧
1.形成熟料：密度高，强度大，体积稳定性好， 具有良好的物理-化学性能和外形质量，从而 保证耐材制品的外形尺寸
2.煅烧的天然矿石有粘土、高铝矾土、菱镁矿 和白云石等
3.不煅烧的天然矿物有硅石、叶蜡石等 4.煅烧温度Ts约为其熔点的0.7~0.9倍，多高 于制品的烧成温度，更高于制品的使用温度。
从最高烧成温度至室温的冷却过程中， 主要发生耐火相的析晶、某些晶相的 晶型转变、玻璃相的固化等过程，在 此过程中坯体的强度、密度、体积依 品种不同都有相应的变化
坯体中各种反应趋于完全、充分、液 相数量继续增加，结晶相进一步成长 而达到致密化
烧结过程的宏观结构变化及其影响因素
宏观结构变化
坯体的烧结可以概括为三个阶段1.热态接触：物料内部各组分质点间的接触增加，但仍 保留其边界2.开始阶段：质点间的边界被打开，但新的气孔尚未形成3.形成封闭气孔阶
陶粒制作原料及工艺
陶粒制作原料及工艺
1、陶粒的定义和用途
陶粒是指用陶土或其他矿物质材料制成的小颗粒，外观呈现出不
规则或球状形态。
陶粒具有透气、保水、透水、轻质等特点，在现代
园林景观设计和农业生产中被广泛运用。
2、陶粒的制作原料
制作陶粒的原料主要包括粘土、黏土、页岩、泥炭和煤渣等，其
中以粘土和黏土为主要材料。
粘土主要来自于地表土壤中的粘土矿物，其成分主要有硅酸盐、铁、钙、镁等；而黏土则是指经过加工处理的
粘土材料，其务必具有一定的黏度、可形成小颗粒状。
3、陶粒的制作工艺
陶粒的制作分为烧制和不烧制两类。
烧制陶粒主要是利用高温将
粘土材料烧制，使其失去内部的结晶水分，形成坚韧的球形。
而不烧
制陶粒则是将粉碎后的黏土材料加入酒精或水溶液中，通过旋转或震动，使其凝结成球状。
4、陶粒的应用领域
陶粒以其良好的透气性和保水能力，应用于植物的栽培和庭院的
景观设计中。
在植物栽培方面，陶粒不仅能够为植物提供养分，且透
气透水，能够促进植株的根系发育。
在景观设计方面，陶粒则可以作
为装饰材料，与绿色植物相结合，起到美化和净化空气的作用。
综上所述，陶粒在现代园林设计和农业生产中有着广泛的应用。
人们可以根据自己所需的特性和制作工艺选择合适的陶粒材料，以达到最佳的使用效果。
砂型铸造——黏土砂型
固整体的岩石则称为石英岩。
6.1 黏土砂型
对原砂提出的质量要求：
1）含泥量――含泥量指原砂中直径小于0.02mm（20µm）的细小颗 粒的含量（质量分数），其中既有黏土，也包括极细的砂子和其它 非粘土质点。 原砂含泥量检测方法： 利用不同颗粒尺寸的砂粒在水中下降速度不同，将原砂中颗粒 直径>20µm 与直径<20µm的颗粒分开。检验时，称量烘干的原砂并 置入烧杯中，加入水及分散剂，煮沸及搅拌使其充分分散；然后反 复按规定时间沉淀，虹吸排除浑水和冲入清水。直到水清后，由烘 干的残留砂样质量即可计算出原砂含泥量。
适宜干湿程度的水分一也不同。
6.1 黏土砂型
6.1.2 湿型砂性能要求
1.水分和紧实率
2)紧实率：湿型砂用1 MPa的压力压实或者在锤击式制样机上打击3
次，用试样紧实前后高度变化的百分数来表示。 （1）测定方法的依据:较干的型砂自由流入试样筒中时，砂粒松散 密度较高，在相同的紧实力作用下，型砂体积减小较少。 （2）根据型砂紧实率大小的变化，就可以检查出型砂水分是否合
6.1 黏土砂型
6.1.2 湿型砂性能要求
5.起模性、变形量、韧性和破碎指数
1）型砂的起模性是表示起模时模样或模板与砂型分离时，砂型是
否容易损坏，产生开裂或掉落的性能。
6.1 黏土砂型
6.1.2 湿型砂性能要求
起模性的好坏与型砂的湿态抗压强度是两种不同的特性。
（1）抗压强度不仅反映了型砂的黏结力大小，还反映了砂粒受压
（1）湿型(简称湿型)：造好的砂型不经烘干，直接浇人高温金属 液体; （2）干砂型(简称干型)：在合箱和浇注前将整个砂型送入窑中烘 干;
（3）表面烘干砂型(简称表干型)：在浇注前对型腔表层用适当方
粘土矿物——精选推荐
1、高岭石定义“高岭土(Kaolin)”一词源自中国，由江西景德镇(古浮梁县)东北的高岭村出产的一种可以制瓷的白色粘土而得名。
清康熙年间的约1712—1722年，法国神甫殷弘绪(Le Pere d’Entrecolles)从饶州向本国写信介绍景德镇的制瓷和高岭土使用情况，1769年德人李希霍芬(Riehthofen)访问景德镇，并著文将高岭土音译成“Kauling”，后以“Kaolin”流传于欧美。
古代的“玉岭土”、。
明砂土。
、“东埠土。
等均指产于高岭村一带的高岭土。
高岭土还有下列许多地区性的、商业的和工业的名称。
(1)瓷土和瓷石(china ciay and!chin／stone)是陶瓷业使用的术语，也是一种商业名称。
早先系指由石英斑岩等细粒脉岩风化而成的高岭土，风化带上部呈土状产出者称瓷土，半风化带呈较为坚硬的块状者称瓷石。
瓷土和瓷石二者没有截然界线。
现在，也有将供制瓷用的绢(水)云母一石英质矿石称瓷石者。
1982年制定的“江西省轻工业厅企业标准。
中，把高岭土和瓷石原矿加工后用于制陶瓷的不子、泥料和粉料统统定义为瓷土。
(2)耐火粘土(refractory ciay) 是冶金业使用的术语，也是一种商业名称，指耐火度大于1580℃的粘土。
它主要包括高岭土，但也包括部分非高岭土质的铝钒土等。
它们按成型时掺砂量的多少被划分为软质(掺砂量>50％)、半软质(掺砂量20—50％)、硬质(不成型)耐火粘土三种。
(3)陶土是陶瓷业使用的术语，指一些富含铁质而带黄褐、红紫等色调，具良好可塑性，可用以烧制陶瓷的粘土。
矿物成分较杂，以高岭石为最主要。
(4)球土(ball clay) 此术语源于英国，指一种沉积成因的，含有机质的细粒高可塑性粘土，主要由高岭石组成。
相传，最早开采时为便于运输把粘土滚成球形，因而得名。
属软质粘土类。
(5)燧石粘土(flint clay) 该术语于1886年由库克(Cook)命名，流行于西方。
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• 主要教学内容： • 膨润土概述; • *膨润土的钠化技术； • #产品的性能测定。 • 教学目的要求： • 掌握膨润土的钠化工艺； • 掌握钠基膨润土的性能测试方法；
• 了解膨润土的属性、性质及用途。
2022/3/22
• 教学方法与手段： • 讲授；多媒体 • 讨论、思考题、作业： • 膨润土钠化改型的原理。 • 与干法改型相比湿法改型的优缺点是什么？ • 参考资料： • 姜桂兰，张培萍等编。膨润土加工与应用。北京
2022/3/22
• （2）悬浮法
• 土＋纯碱－矿浆（１ ：１０)—在一定温度 下搅拌－脱水－干燥 －粉磨．
• 与湿法提纯结合使用 ．
• 以碳酸钠为改型剂的 湿法改型工艺如下：
膨润土钠化因素-水平表
纯碱 反应 反应 用量 温度 时间
因 ６％ 60 ℃ 1.5h 素
水７ 平
７０ 2
８ ８０ 2.5
2022/3/22
பைடு நூலகம்
• 5. 用途 • 广泛用于油田，钻井泥浆。 • 以优质钠基膨润土为原料制备胶体级浆料． • 一类为泥浆：以水为载体，膨润土为增稠剂；另
一类为油浆，以柴油或原油为载体，需要有机膨 润土．
2022/3/22
• 9.3 膨润土凝胶制备 • 代替聚合物用于牙膏、化妆品等行业。 • 制备过程分四个阶段： • 1、精选提纯：选用高纯天然钠基或人工钠基膨润
2022/3/22
• （３）挤压钠化法 • 轮碾钠化法：轮碾机碾压－老化． • 双螺旋钠化法：双螺旋混料机混合（矿粉＋钠盐
＋３０％水）－干燥－粉碎． • 螺旋阻流挤压钠化法：螺旋混炼机混炼并造粒 • 对辊挤压：原料小于５毫米＋碱液－挤压－干燥
． • ４．性能测试 • 层间距及上述性质．
2022/3/22
蒙脱石的晶体结构
2022/3/22
蒙脱石的扫描电镜照片×2万、5千倍
2022/3/22
• 9.1.2 膨润土属性分类 • 膨润土的可交换性阳离了种类、数量和比例，
在膨润土实用工艺技术上具有重要意义，它是评 价膨润土质量的重要指标之一，又是划分属性的 依据。 • 1、碱性系数法(ENa+十EK+／ECa２+十EMg２＋ )来划分（欧美国家）。 • (1)钠基膨润土：碱性系数＞1。 • (2)钙基膨润土：碱性系数＜1。
d=2.56290
d=1.49740 d=3.76839
d=2.84394
d=2.12279
200
d=1.81890 d=6.10282
0
40
2
10
2-Theta - Scale
60
20
30
2-Theta - S
1# (06-6-7) - File: 1# (06-6-7).raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 °- End: 60.00 Operations: Smooth 0.310 | Strip kAlpha2 0.500 | Import
2022/3/22
2、交换性阳离子法
2022/3/22
2022/3/22
• 我们国家《膨润土矿地质勘探规范》采用 的属性分类如下：
2022/3/22
若可交换性阳离子没有超过交换容量50％时，则以最多交换 量的两种阳离子进行复合命名。 钠基土与钙基土的主要区别见下表。
类型 钠基土
阳离子交换容量 pH值
：化学工业出版社。2005。 • 杨雅秀，张乃娴著。中国粘土矿物。北京：地质
出版社。1994。
2022/3/22
• 9.1 概述 • 9.1.1 膨润土的矿物组成及蒙脱石的结构 • 1、矿物组成 • 主要矿物为蒙脱石，其次伊利石、长石及石
英等。其性质取决于蒙脱石。 • 2、蒙脱石的晶体结构
2022/3/22
胶质价
75-100
8.5-10.6 100%
膨胀倍 20-30
吸蓝量 20-30
钙基土
60-100
6.4-8.5
50%
几-十几
十几
2022/3/22
• 9.1.3 蒙脱石的性能 • 1、晶格置换 • 2、电负性； • 3、离子交换性。蒙脱石对几种阳离子的交换能力
顺序：Li+＜Na+ ＜ K +＜ NH4+＜ ＜ Mg2+ ＜ Ca2+ ＜ Ba2+ • 4、膨胀性 • 5、分散悬浮性 • 6、触变性、可塑性及粘结性 • 7、吸附性 • 8、化学稳定性
2022/3/22
• 9.2 人工改型钠基土（钠化改型） • 1、原理：将外加的钠离子挤压插入蒙脱石层间，
进行阳离子交换，形成钠蒙脱石。（交换性） • 2、改型剂（钠化剂）：钠盐。 • 3、钠化方法 • (1)堆场法钠化：干粉+3-5%钠盐（溶解）-拌匀—
堆放（30%水分）--老化（7-10天）--干燥—磨粉 。
d=3.34525
Lin (Cps)
1800 d＝1.23nm,2θ ＝7.115#°(06-6-7)
1600
d=12.35484 d=4.04134
1400
1200
1000
d=4.46581
800
d=3.13159
600
d=3.34218
d=4.24571
400
d=3.01497
d=2.49032
膨润土钠化正交实验表
因素
１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８2022/3/22
A(%)
６ ６ ６ ７ ７ ７ ８ ８
B (℃)
６０ ７０ ８０ ６０ ７０ ８０ ６０ ７０
C 膨胀容ml/15g (h) 1.5 ５５ ２ ５８ 2.5 ５６ ２ ６２ 2.5 ６４ 1.5 ６０ 2.5 ６３ 1.5 ６０
土； • 2、边缘改性：用磷酸盐或焦磷酸钠。降低粘度，
便于提纯。 • 3、胶凝：用高价阳离子使蒙脱石颗粒重新締合。 • 加入高价盐，与磷酸盐反应，解除磷酸盐原来的
作用。提高粘度及触变性。4
2022/3/22
• 9.4 ４A合成沸石 • 一种典型的酸处理衍生物。一种新型洗涤
剂助剂，代替三聚磷酸钠。 • 1.工艺流程及化学反应 • 酸处理膨润土形成硅凝胶，再加入一定量
Lin (Cps)
1800
d1＝600 1.51nm;2θ ＝5.85°
1400 1200 1000 800 600 400 200
0 20
2022/3/22
d=4.99449 d=3.75756
d=4.47223
d=4.26487
d=4.04506
d=3.22906 d=3.13167
d=3.01267 d=2.83865