膨润土的钠化处理
低品位钙基膨润土矿粉的直接钠化研究
件 下特 有 的 。因此 本 实验 采 用这 两 个指 标 来检 验 钠 基土 的 质量 。膨 胀 倍越 大 、 质价 越 高 ， 胶 钠基 土
原 料性 质 ： 脱 石 含 量 ５ ％， 水 量 ＜８ 蒙 ２ 含 ％，
收 稿 日期 ：０ ２—０ ２０ ７—１ ６
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１ ・ ０
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试验研究・
文 章 编 号 ：０ ８—７ ２ （０ ２ １ １０ ５ ４ ２ ０ ）０—０ １ ０ ０—０ ４
Ｉ Ｍ＆Ｐ化 Ｉ 矿物 与 加Ｉ
２０ ０ ２年 第 １ ０期
低 品位 钙 基 膨 润 土 矿 粉 的 直接 钠 化 研 究
张颖 心 ， 大 勇 ， 天 胜 钟 张
・
试 验研 究 ・
Ｉ Ｍ＆＿ Ｐ化 Ｉ矿 物 ｓ加 Ｉ
２０ ０ ２年 第 １ ０期
的性 能越 好 ， 即钠 化 效 果越 好 。 ２ 钠基 膨 润 土制 备 条件 的 优 化 在探 索实 验 的 基 础 上 ， 实 验 条 件 固 定 为 矿 将
粉量 ４ ｇ 加 水 量 ３ ０ ， 统 研 究 了 钠 化 剂 类 ０， ０ ｍＬ 系
氧 四 面体 夹一 层铝 氧 八面 体 所组 成 的 ２ １型 晶体 ：
体 悬 浮 液 触 变性 、 度 、 滑性 好 ， Ｈ 值 高 、 稳 粘 润 ｐ 热
定性 好等 。 钠基 土还 是许 多其 它膨 润土 深 加 工 的 基 础 。 我 国 的 膨 润 土 资源 ， 基 土 占 ９ ％ 以上 ， 钙 ０ 生 产 过剩 ； 钠 基土 储量 少 ， 品短 缺 。所 以对钙 而 产 基 土 的钠 化 改型 很重 要 。
金溪膨润土钠化改型研究
Ｎ－ Ｉ＋等 来 平衡 。 ｈ
对 钙基 膨 润 土 进 行 钠 化 处理 ， 是 向钙 基膨 润 即 土 中加入 一 些 钠 盐， Ｎａ 换 蒙 脱石 中的 Ｃ ２ 用 置 ａ 、
Ｍｇ 从而转化 为钠基膨 润土， ２ ， 以增大 阳离子交换
容 量 、 善胶 体 悬 浮触变 性 、 改 吸水 率等工 艺性 能 【 。 ４ 】 其置 换 反应 ：Ｂ ｎｏ ］ ａ Ｎａ ［ ｅｔｎ 一 ２ ［ ｅｔｎ ． ＋２ ￣ Ｂ ｎｏ ］Ｎａ ＋ Ｃ ｃ ” 。式 中 ：Ｂ ｎｏ］， 负 电蒙脱 石 骨 架 ； ａ ［ ｅ ｔｎ ．带 层 间 可交换 Ｃ ” 。 ａ
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第２ ５卷 第 ３期
２０ ０ ２年 ５月
非金 属 矿
Ｎｏ Ｍ ｅｔｌｉ ｉｅ ｎ。 ａｌｃ Ｍ ｎ ｓ
Ⅷ
． ５ ＮＯ ３ ２ ．
Ｍ ａ ２ ０２ ｙ， ０
金溪 膨 润 土 钠 化 改 型 研 究
邓慧 宇 余 志伟 郭 红强
拓 ｔ 鼻应 甩 范 围 奠 定 ｊ一 定基 础
我 国膨 润 土 储 量 居 世 界 第 二 位 ， 要 集 中在 东 主
北 及东都 沿 海各 省 ， 如辽 宁 、 吉林 、 江 、 浙 山东 、 苏 、 江
膨润土酸化及碱化改型机理讨论
膨润土酸化及碱化改型机理讨论摘要：膨润土具有优良的物化性能，同时资源丰富，价格低廉，国内外有关科技人员对其改性的方法和技术进行了大量的研究。
本文主要针对膨润土加碱进行钠化改型以及加酸进行活化处理的机理方面进行了探讨。
关键词：膨润土酸化碱化作用机理膨润土具有优良的物理及化学性能，同时资源丰富，价格低廉，目前国内外相关科技人员对其改性的方法和技术进行了大量的研究。
在膨润土的提纯，钙基膨润土的钠化和活性白土、锂基膨润土的制备，各种有机膨润土的制备，膨润土催化剂的制备，用膨润土制备白炭黑等各种膨润土改性的方法和技术，以及交联柱撑粘土材料的制备和有机-无机纳米复合材料的制备等方面都有一定的进展[1]。
膨润土主要成分是蒙脱石，是一种含水的层状硅铝酸盐矿物，成分为2：1型的三层粘土矿物，其结构单元层组成为两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成，两个单元层之间以分子间作用力相连结。
一、蒙脱石表面荷电原因每个晶层由于类质同象作用，部分al3+被mg2+替代，si4+被al3+替代而导致晶面带负电荷，这种电负性不受所处水介质的ph的影响，在绝大多数情况下均保持电负性，是蒙脱石电负性的主要方面；当膨润土遇水时，蒙脱石晶层四面体上的si-o键以及八面体上的al-o键在水介质中会发生断裂，造成破键现象，这种情况体现在蒙脱石晶层端面上，破键会吸附一定的离子，当处在酸性介质中破键吸附h+而使端面带正电荷，处在碱性介质中，端面则带负电荷；蒙脱石八面体晶片在水介质中可以离解出al3+和oh-从而使端面产生电荷，在酸性介质中，oh-的离解占优势，使蒙脱石端面荷正电，而在碱性介质中，al3+的离解占优势，使蒙脱石端面荷负电[2]。
由于蒙脱石端面的面积在总面积中所占比例很小，所以离子吸附作用和晶层的离解作用产生的端面电荷在总电荷中的比例也很小，但是端面电荷的改变对蒙脱石的改型，改性，以及胶体性质和流变性质的影响极大，不能忽视。
二、膨润土碱化钠基膨润土比钙基膨润土的性能优越，主要表现在：钠基膨润土吸水速度慢，但吸水率和膨胀倍数大，最大吸水量为其体积的8～15倍，膨胀倍数从几倍到30余倍，阳离子交换量高，在水中分散性好，胶质价高，并且悬浮性、触变性、热稳定性、粘接性、可塑性较好，吸水强度、干压强度、热湿拉强度也较高。
钠化膨润土作为防水材料的试验研究
的地质年代 中被 基本 固定 在蒙 脱石 层 间域两 侧 四面体
片的 Ｓ— ｉ Ｏ六 方 环空 穴 中 ， 能稳 定 。中国 的膨 润 土 性
换 的难 题 ， 膨 润 土 钠 化后 的性 能稳 定 ， 持 其 耐 久 使 保 性， 满足钠 基膨 润土 防水毯 的要求 。
了 Ｊ ／ １３ ２ ０ 《 基膨 润 土 防水 毯 》 标 准 的要 求 。 Ｇ Ｔ ９－ ０ ６ 钠
关键词 ：钙基膨润土；钠化膨润土 ；氟化钠 ；防水毯
中图 分类 号 ：Ｔ ５ ７ ６４ １２ Ｕ ７ ；Ｏ １． １ 文献 标识 码 ：Ａ 文 章编 号 ：１７ —１１ （００ ０ — ０２— ３ ６ １ ２ ｌ ２ １ ）１ ０ ８ ０
来体积的 ｌ ｌ ０～ ５倍的凝胶体。这种凝胶体像一堵防 水墙 ， 防止 水 分 渗 入 ， 渗 透 率 可 减 至 几 近 滴 水 不 能 其
漏， 可制成钠 基膨 润土 防水 毯 、 防水 板等 防水材 料 。
国外通 常采用 天 然钠 基膨 润土 制成 能 长期 发挥 作
用的防水材料 ， 因为天然钠基膨 润土层 间钠离 子在漫 长
品如果应用 到关 系 国计 民生 的大 型建 筑工 程 中去 ， 后 果 可想 而知 Ｊ 目前 国 内近 十几 家 防水 毯 厂 中 ， 。 很少
等 特性 ， 素有 “ 用 粘 土 ” 称 。在 建 筑 、 化 、 金 、 万 之 石 冶
矿业 、 日化 等领域 得 到广 泛 的应 用 。钠 基膨 润土 的膨
０ 引 言
膨润 土具有 良好 的粘 结 性 、 胀性 、 体 分 散 性 、 膨 胶
HDD
由于 粘 土 对 Ｃ ａ ２ ＋ 的吸附能力大于对 Ｎ ａ ＋ 的 吸 附 能力 ，因此 自然 界 中膨 润土 大 多为 钙基 膨 润土 。 但膨 润 土对 阳离子 的吸 附不是 一 成不 变 的 ， 当膨 润 土一 水 系 统 中存 在 两 种 离 子 的时 候 就存 在 一个 动
种类 已达到改善蒙脱石或提高膨润土物化性能（ 尤
１ ２ １
，
晶胞 的负电荷 ，靠吸附外部的阳离子来平衡 。
常见 的 阳离子 有 Ｎ ａ ＋ 、 ｌ （ 十 、 Ｃ ａ ２ ＋ 、 Ｍ 矿、 Ｈ 等， 这些 阳离 子成 为 交换 性 阳离 子 ， 或称 为 盐基 。膨 润 土 的属 性 就 是 以盐 基 的类 型 来 定 的 ，当碱 性 系 数 ：
面研 究膨 润 土 的钠 化 改性 。
浓度 比小于 ２ ： １ 时， 平衡逆向移动 ， 即以 ｃ ａ ２ ＋ 吸附为
主， 此 时膨润土为钙基膨润土 ， 但当 Ｎ ａ 和ｃ ａ ２ ＋ 的 物质 量浓 度 比大 于 ２ ： １ 时， 平衡 正 向移 动 ， 钙基 膨 润 土中的 Ｃ ａ 被 溶 液 中 的 Ｎ ａ 所置换 ， 即生 成 钠 基 膨
其是 钙基 膨 润 土分 散性 能 ） 的 目的 。影 响膨 润 土 的钠 化 改性 效果 因素 主要 有钠 化 剂 的用 量 、 钠化 方
态吸附一解吸附平衡 ， 即离子吸附与交换过程旧 。当 膨润土 一水系统 中同时存在 ｃ ａ 和 Ｎ ａ ＋ 时就会发
生如下 离 子交换 平 ： Ｃ ａ － 膨润 土 ＋ ２ Ｎ ａ — ２ Ｎ ａ ＿ 膨润 土
Ｃａ ２ ＋
式、 钠化温度和钠化 时间 ， 通过研究这些影响因素 ，
找 出膨润 土钠化 改性 的最 优参 数 。
钠基膨润土
膨润土专题资料九十年代以来，我国的非矿产品有一个飞跃的发展，特别在工业领域中起到支柱作用，作为非矿中的佼佼者──膨润土，以它良好的各种物化性能在非矿中又独占鳌头。
膨润土具有吸湿性，能吸附8-15位于本体的水量，吸水后膨胀，能膨胀数倍，可达30余倍，在水介质中能分散呈胶体悬浮液，这种悬浮液具有一定的粘滞性、触变性，它和水、泥或砂等细屑物质的掺合物有可塑性和粘结性，有较强的阳离子交换能力，对各种气体、液体、有机物质有一定的吸附能力，最大吸附量可达5倍于它的重量、具有表面活性的酸性漂白土能吸附有色物质。
该产品在环境悬浮剂替代化工悬浮剂；油井泥浆中支撑膨胀；工业用油、食用油油脂脱色；净化水质；垃圾焚烧及土壤改良。
膨润土(Bentonite)按译音、成因及用途又称斑脱岩、膨土岩等。
是以蒙脱石(也称微晶高岭石、胶岭石)为主要成分的粘土岩—蒙脱石粘土岩,常含少量伊利石、高岭石及沸石、长石、方解石等。
蒙脱石为少量碱及碱土金属的含水铝硅酸盐矿物。
其化学式为Nax(H2O)4{(Al2～[Si4O10](OH)2}。
由于蒙脱石层间水和层间可交换阳离子存在，按蒙脱石所含可交换阳离子种类、含量和结晶化学性质等,可将膨润土划分为钠基膨润土(碱性土)、钙基膨润土(碱土性土)和天然漂白土(酸性土或酸住白土)三种。
其中钙基膨润土包括钙钠基、钙镁基等膨润土。
碱性土的主要交换阳离子为Na+(和K+),碱性系数大于或等于1。
碱性土的主要交换阳离子为Ca2+-Na+或Ca2+-Mg2+等,碱性系数小于1。
酸性土的主要交换阳离子为H+(Al3+)。
一、矿物性质1) 物理性质：膨润土一般为白色，淡黄，因含铁量变化又呈浅灰、淡绿粉红、褐红、黑杂等色。
具蜡状、土状或油脂光泽。
膨润土有的松散如土，也有的致密坚硬。
2) 化学组成：膨润土的主要化学组分是二氧化硅，三氧化二铝和水。
氧化铁和氧化镁含量有时也较高。
此外，钙、钠、钾等常以不同含量存在于膨润土中。
膨润土钠化工艺
膨润土钠化工艺引言膨润土是一种具有很高胶结性的天然矿物材料，广泛应用于各个领域。
然而，膨润土在一些特定的应用场景下需要进行钠化处理，以提高其性能和适应性。
本文将详细介绍膨润土钠化工艺，并探讨其实施的目的、步骤和效果。
为什么需要膨润土钠化膨润土经过钠化处理后，可以改变其物化性质，提高其胶结能力和润湿性，增加其吸附性能和机械强度。
此外，膨润土钠化还可以使其对一些离子有更好的选择性吸附能力，从而对环境中的某些有害物质起到去除的作用。
膨润土钠化的影响因素膨润土钠化的效果受多种因素的影响，包括钠化剂的种类和浓度、反应时间和温度等。
其中，钠化剂的种类和浓度对钠离子在膨润土层间的吸附和排斥作用有重要影响；反应时间和温度则影响钠化反应的速率和程度。
膨润土钠化的工艺步骤膨润土钠化的工艺步骤一般包括以下几个阶段：原料准备首先需要准备好膨润土和钠化剂的原料，保证其质量和纯度。
一般情况下，膨润土会在使用前进行初步破碎和筛分处理，以去除杂质。
钠化剂添加将钠化剂按一定比例加入到膨润土中。
钠化剂的种类可以根据不同的需求选择，常用的有氢氧化钠、碳酸钠等。
添加钠化剂的浓度可以根据实际情况进行调节，一般建议在1-5%之间。
反应混合将膨润土和钠化剂充分混合，确保两者均匀分散。
可以采用物理混合或化学反应的方式进行，具体方法可以根据工艺要求选择。
反应条件控制在反应过程中，需要控制反应时间、温度和pH值等参数。
反应时间一般在数小时至数十小时之间，温度可以在室温下进行或者加热至一定温度进行，pH值需要根据具体反应要求进行调整。
产品分离与处理反应结束后，将反应产物进行分离和处理。
常见的处理方法包括过滤、干燥和研磨等，以得到具有一定颗粒度和纯度的膨润土钠化产品。
膨润土钠化的应用领域膨润土钠化广泛应用于各个领域，其中一些主要应用领域包括：涂料工业膨润土钠化后的产物可以作为高质量涂料的增稠剂、分散剂和增白剂。
其能够有效提高涂料的流变性能和稳定性，使得涂料更容易使用和加工。
膨润土钠化工艺
膨润土钠化工艺膨润土钠化工艺是将天然或人工合成的膨润土经过一系列的处理工艺，使其变成具有较好物理化学性质的钠基膨润土。
这种处理方法可以提高膨润土的吸附能力、分散性和稳定性，使其在工业生产中得到广泛应用。
一、膨润土钠化工艺流程1.原料处理：将天然或人工合成的膨润土进行筛分、干燥等预处理，去除杂质和水分。
2.钠化处理：将预处理好的膨润土与氢氧化钠按一定比例混合，在高温高压条件下进行反应，使其发生离子交换反应，生成钠基膨润土。
3.洗涤处理：对所得到的钠基膨润土进行多次洗涤，去除残留的氢氧化钠和其他杂质。
4.干燥处理：将洗净后的钠基膨润土进行干燥，以便后续加工使用。
二、影响膨润土钠化效果的因素1.原料质量：天然或人工合成的膨润土原料质量对钠化效果有很大影响。
原料的纯度、粒度、结晶度等因素都会影响钠化反应的进行。
2.钠化条件：反应温度、压力、时间和氢氧化钠用量等条件对钠化效果也有很大影响。
反应温度过高或时间过长会导致膨润土结构破坏，从而影响其性质。
3.洗涤处理：洗涤处理的次数和方法也会影响膨润土的性质。
多次洗涤可以去除残留的氢氧化钠和其他杂质，但过多的洗涤可能会破坏其结构。
三、膨润土钠化工艺在工业生产中的应用1.油田开发：钠基膨润土具有较好的吸附能力和分散性，可用于油田开发中作为泥浆添加剂，提高泥浆性能。
2.塑料制品加工：钠基膨润土可用于塑料制品加工中作为填充剂和增稠剂，提高产品强度和稳定性。
3.医药制品生产：钠基膨润土可以作为药物缓释剂和稳定剂，用于医药制品生产中。
4.涂料生产：钠基膨润土可以作为涂料添加剂，提高涂料的粘度和分散性，增强其附着力和耐久性。
总之，膨润土钠化工艺是一种重要的工业生产方法，可以使膨润土具有更好的物理化学性质，在多个领域得到广泛应用。
在实际操作中，需要注意原料质量、反应条件和洗涤处理等因素，以达到最佳的钠化效果。
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❖ 2、蒙脱石的晶体结构
蒙脱石的晶体结构
蒙脱石的扫描电镜照片×2万、5千倍
❖ 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）。
1400
1200
1000
d=4.46581
800
d=3.13159
600
d=3.34218
d=4.24571
400
d=3.01497
d=2.49032
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
❖ (1)钠基膨润土：碱性系数＞1。
❖ (2)钙基膨润土：碱性系数＜1。
2、交换性阳离子法
❖ 我们国家《膨润土矿地质勘探规范》采用 的属性分类如下：
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
❖ 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．
❖ 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 土；
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
d=3.34525
Lin (Cps)
1800 d＝1.23nm,2θ ＝7.115#°(06-6-7)
1600
d=12.35484 d=4.04134
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
❖ 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
❖ 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。
❖ （2）悬浮法
第九章粘土矿物加 工工艺
❖ 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。
❖ 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。
＋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．
Lin (Cps)
1800
d1＝600 1.51nm;2θ ＝5.85°
1400 1200 1000 800 600 400 200
0 20
A(%) ６ ６ ６ ７ ７ ７ ８ ８ ８
B (℃) ６０ ７０ ８０ ６０ ７０ ８０ ６０ ７０ ８０
C (h) 膨胀容ml/15g 1.5 ５５ ２ ５８ 2.5 ５６ ２ ６２ 2.5 ６４ 1.5 ６０ 2.5 ６３ 1.5 ６０ ２ ５９
❖ （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１０)—在一定温度下
搅拌－脱水－干燥－
因
粉磨．
素
❖ 与湿法提纯结合使
用．
水
❖ 以碳酸钠为改型剂的
平
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 ６％ 60 ℃ 1.5h
７ ７０ 2
８ ８０ 2.5
膨润土钠化正交实验表
因素 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９
❖ 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
❖ 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
❖ 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：
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。
❖ 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
❖ 酸处理膨润土形成硅凝胶，再加入一定量 铝酸钠和氢氧化钠，调整到符合NaA合成沸 石的摩尔比，在一定条件下成胶、晶化、 过滤即得到NaA沸石。
❖ 反应式：12SiO2+12NaAlO2+27H2O— Na12[AlO2.SiO2]12.27H2O.
❖ 2.工艺条件： ❖ (1)酸化阶段：土：酸＝100：2-10； ❖ 温度100； ❖ 酸浓度10-50% ❖ (2)偏铝酸钠加入量比：
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