膨润土的加工技术及其综合利用
膨润土的加工技术及其综合利用
许家亮1，郑再宏2，李月芬3，王冲3
（1浙江三鼎科技有限公司，浙江绍兴， 312071；2临安市思特富化工机电设备有限公司，浙江临安，311300；3临安福龙吸附剂厂，浙江临安）
摘 要：概述了膨润土的加工技术优异性能及其综合利用。
关键词：膨润土；蒙脱土；活性白土；颗粒白土；改性膨润土；白炭黑；综合利用；
1 膨润土的优异性能
膨润土(英文名Bentonite)又名膨土岩、斑脱石、甘土、皂土、陶土、白泥，俗名称观音土。是以蒙脱石为主要成份的粘土矿物，其化学成份相当稳定，被誉为“万能石”。蒙脱石是由二层共顶联接的硅氧四面体片夹一层共棱联接的铝（镁）氧（氢氧）八面体片，构成2:1型含结晶水的硅酸盐矿物。是粘土类矿物大家庭中晶体结构变异最强的矿物之一。蒙脱土(Montmorillonite)是属于蒙脱土族的矿物，蒙脱土族矿物共发现11个，他们是滑间皂土、贝得土、锂皂土、蒙脱土、钠脱土、皂土、锌皂土、斯皂土、锂蒙脱土、铬蒙脱土和铜蒙脱土等，但从内部结构来讲可分为蒙脱土亚族（二八面体）与皂土亚族（三八面体）。蒙脱土是典型的层状硅酸盐矿物之一，但是与其他层状硅酸盐矿物不同之点是层与层之间空隙特别大，这样就可在层与层中含有不定数量的水分子及交换性阳离子。通过衍射仪慢速扫描的试验结果表明蒙脱土的粒度已接近纳米级，是天然纳米材料 。
在多水条件下，膨润土晶体结构非常微细，这一特殊的微细晶体结构决定其有许多优良特性，如高分散性、悬浮性、膨润性、粘结性、吸附性、阳离子交换性等。因此，膨润土被称为“千种用途矿物”，国内外将其广泛用于冶金球团、铸造、钻井泥浆、纺织印染、橡胶、造纸、化肥、农药、改良土壤、干燥剂、化妆品、牙膏、水泥、陶瓷工业、纳米材料、无机化工等领域。
我国的膨润土资源极为丰富，遍布26个省市，储量世界第一。目前我国膨润土发展较快，应用已达24个领域，年产量已超过300万吨。
2我国膨润土概况
中国膨润土矿以其分布广、埋藏浅、易采掘及品种齐全为特点。除钙基膨润土外，相继发现了大型优质的钠基膨润土。钠基膨润土保有储量58633．4万t，占总储量的24％。此外还有钠基膨润土远景储量35158．6万t。除钙、钠基膨润土之外的铝、氢基等类型约占42％。据43个矿床统计，平均蒙脱石含量为63％，明显高干规范所要求的平均工业品位（大于或等于50％）。其中四川的膨润土矿4个矿床平均品位为88％。特大型矿床以广西宁明县宁明矿床最高，达62．67％，中型以广西田东县田东矿床最高，达72．5％。而新疆和布克赛尔蒙古自治县乌兰林格-日月雷矿为品位最低的特大型矿床，蒙脱石含量仅为48％。大型、中型矿床共计43个，占全部矿床数50％，而其保有储量则占绝大部分，表明矿床规模之大。与膨润土伴生的矿产以高岭石和伊利石最为普遍，有的矿床与凹凸棒石共生，如盱胎县雍山凹凸棒石粘土矿区。东北一些膨润土矿则与沸石共生，如黑龙江的勃利县团山及海林县的沸石-膨润土矿床，吉林省的九台市羊草沟和银矿山膨润土-沸石矿床等。华东一带有与残留母岩-珍珠岩伴生矿床，如江苏丹徒县垂山和安徽省宣州市水东的珍珠岩矿床。中国膨润土矿床多位于丘陵区，埋藏较浅，覆盖层厚度一般1～15m，适于露天开采，少数矿可用地下开采。矿石一般可选性能良好，部分矿山曾进行干法或湿法选矿试验。
中国膨润土矿床可分为三大成因类型，即火山沉积型、风化残积型及热液型。不同膨润土成因、不同的杂质种类含量，对蒙脱石的提纯方法也有所差异。蒙脱石的高纯化是蒙脱石产品深度开发的必然之路，是蒙脱石高附加产品高端开发的基础。因此，由膨润土衍生的各种高档产品，首先必须去掉杂质，提高蒙脱石含量。
蒙脱石成分为(Na，Ca) 0.33 ( Al，Mg)2[Si4O10](OH)2·nH2O，基本结构为由Si-O四面体层与AIO(OH)八面体层以2比1比例构成网架状结构，为双八面体和层纹状组合结构（图1）。如果让有机高分子和无机物在纳米尺度上进行复合，得到的材料既体现了无机材料的刚性、尺寸稳定性、耐热性，又显示了聚合物韧性、可加工性、耐化学药品性和良好的电性能。
图1 蒙脱石的晶体结构
蒙脱石具有电负性，对胶体性质和流变性能影响很大。电负性主要来自三方面：晶格置换连同内部的补偿置换形成的晶格静电荷，每个晶胞约为0.66；破键产生的电负性；八面体片解离形成的电负性。
蒙脱石以其层间可交换阳离子的种类、含量划分属型，当某一阳离子的含量超过阳离子交换容量(ΣEC)50%时，即以该阳离子命名，例如钠基蒙脱石(ENa+/ΣEC≥50%)、钙基蒙脱石(ECa2+/ΣEC≥50%)、铝基蒙脱石 (EAl3+/ΣEC≥50%)。当层间没有一个阳离子含量超过50%交换容量时，则以含量最多的两个阳离子命名，如钙钠基蒙脱石、钙镁基蒙脱石等等。
蒙脱石（(MxnH2O)(Al2-xMgx)[Si4O10](OH)2）的晶体结构属于单斜晶系C2/m空间群，a0»0.523nm，b0»0.906nm，c0值可变，当结构单位层之间无水时c0»0.960nm，如果结构单位层之间有水分子存在，则c0值将随水分子的多少以及层间可交换的阳离子不同而不同，Z=2，为2:1型层状结构。在铝氧八面体层中，大约有1/3的Al3+离子被Mg2+离子取代，为了平衡多余的负电价，结构单位层之间有其它阳离子进入，如Na+、Ca2+等离子以水化阳离子的形式进入结构，但水化阳离子和硅氧四面体中O2-离子的作用力较弱，在一定的条件下这些水化阳离子容易被交换出来，因此，c轴可以膨胀以及阳离子交换容量大是蒙脱石的结构特征。
3 膨润土的加工技术
自然界的膨润土(Bentonite)绝大部分为钙基膨润土。钙基膨润土较钠基膨润土性能差，所以生产厂常用人工钠化的方法将钙基膨润土改型为钠基膨润土。为了应用上的方便，便将钠基膨润土区分为在人工钠基膨润土和天然钠基膨润土。
3.1 膨润土的钠化技术
3.1.1 膨润土的钠化技术
膨润土的钠化改性技术见著于文献或公开的技术大致如下：
悬浮液法是在大水箱中加入10%以下的钙土和相应比例（钙土质量的5%~7%）的碳酸钠（纯碱）搅拌成浆液，进行钙钠交换。在低浓度下的钠化效果差，钠交换率不高。
堆场钠化法如意大利SAMIP-PONTINE公司是在原矿堆场中把2%~4%的碳酸钠粉撒到含水大于30%的原矿中，翻动、拌和、混合、碾压，再堆积老化10天，然后干燥，粉磨成产品。
轮碾钠化法以原联邦德国SUD一CHIMIE公司为代表，将湿的原土、碳酸钠粉和少量丹宁置于轮碾机内混合、碾压，再在空气中老化10天。
双螺旋钠化为日本国峰公司的钙土改性设备。原土预经干燥，粉碎成5~l0mm的颗粒，加入碳酸钠粉，先在约6m长的双螺旋混合机中混匀，再进入另一台长6~8m的双螺旋混炼机中，加水混炼成含水30%~40%的软泥，经切片装置切片成形后，送入转筒干燥，粉磨成产品。
美国发表过类似日本钠化工艺处理低品级天然钠土升级的专利，但未见工业化。
上述种种钠化改性基本是处于一种低品级膨润土的改性方法，最终产品也仅限于铸造、钻井泥浆、铁矿球团、干燥剂、污水处理、建筑工程防水材料等行业，产品的附加值也不高。目前随着膨润土行业的快速发展，简单的低品味膨润土钠化产品已远不能满足日益增长的需求。
3.1.2人工钠基膨润土和天然钠基膨润土的区别
钠基膨润土是根据蒙脱石层间可交换阳离子种类、含量来划分的，碱性系数大于或等于1的为钠基膨润土，小于1的为钙基膨润土。钠基膨润土也是相对而言的。
广义上讲，人工钠基膨润土和天然钠基膨润土是有区别的。这方面的数据很多：如由差热分析实验证明天然钠基膨润土的失效温度为638℃，钙基膨润土为316℃。人工钠基膨润土由于钠化条件不一，失效温度不一，但都低于天然钠基膨润土；天然钠基膨润土的膨胀力比人工钠基膨润土大；天然钠基膨润土比人工钠基膨润土c轴有序度高，晶粒较细，分散性强。
3.1.3人工钠基膨润土一定可以代替天然钠基膨润土
一般钠基膨润土较之钙基或镁基膨润土的物理化学性质和工艺技术性能优越。主要表现在：吸水速度慢，但吸水率和膨胀倍数大；阳离子交换量高；在水介质中分散性好，胶质价高；它的胶体悬浮液触变性、粘度、润滑性好，pH值高；热稳定性好；有较高的可塑性和较强的粘结性；热湿拉强度和干压强度高。所以钠基膨润土的使用价值和经济价值较高。人工钠基膨润土的理化性能除取决于它所含的蒙脱石种类和含量外，还取决于人工钠化的方法和人工钠化程度。
自然界存在的膨润土绝大部分为钙基膨润土，世界膨润土资源钙基膨润土约占70~80%，我国膨润土90%为钙基膨润土，而且品位低占多数。膨润土矿石质量的一般工业要求以矿石中蒙脱石含量来衡量，边界品位≥ 40%，工业平均品位≥50%，蒙脱石含量小于上述指标的矿石就不称为膨润土了，但蒙脱石含量为30%-50%甚至更低的原矿总要利用，目前国内已有低品位的原矿经人工钠化处理可达到使用要求的例子，这说明了人工钠化技术的重要性。
目前人工钠化改型剂主要是Na２CO3，最近有些厂家用NaF作改型剂，用NaF作改型剂效果比Na２CO3好的多，但NaF有毒，用NaF作改型剂，不属于绿色化工。目前我国膨润土年产量已超过290万吨，人工钠基膨润土占78％，如全部用NaF作改型剂，按1%加入量就是2.26万吨，污染太大，且用NaF作改型剂人工钠基膨润土的毒理实验也未见报道。
3.1.4人工钠基膨润土可满足更多应用要求
人工钠基膨润土可满足更多应用要求，天然钠基膨润土有局限性。
人工钠化干法和湿法技术都有发展。干法钠化技术现已增加微波法可干法提纯，技术先进。湿法钠化技术早已和提纯工艺相结合，是强化膨润土的工艺性能最重要的手段。膨润土的工业应用主要取决于蒙脱石的工艺性能，而蒙脱石的各种工艺性能又取决于其晶体结构、构造、化学组成、晶体化学性质等。与蒙脱石伴生的各种非目的矿物，劣化了矿石的工艺性能。提纯提高矿石中蒙脱石的质量分数，充分除去伴生的各种矿物，如石英、玻屑、沸石、方解石、长石、黄铁矿等，强化膨润土某些所需要的工艺性能。
人工钠化、人工提纯的钠基膨润土可满足纳米有机膨润土、功能性膨润土、蒙脱石干燥剂等更多领域应用要求。
3.2 膨润土的提纯技术
由于天然膨润土一般品位低，如用于高档商品必须提纯。提纯后的膨润土按纯度可分为通用型提纯膨润土（蒙脱石含量80%左右）、高纯度提纯膨润土（蒙脱石含量90%左右）、蒙脱石（蒙脱石含量大于96%）。制备纳米级蒙脱土的膨润土，应是蒙脱石含量>95%。纳米级有机膨润土蒙脱土，要求膨润土蒙脱石纯度在98%以上。高纯度提纯膨润土是纳米级膨润土的前提。蒙脱石是由厚度为9.6Å（10Å=1nm）的单元结构层叠置而成的层状铝（镁）硅酸盐矿物，运用高技术，经深加工能使其分离成单元层，即为纳米级蒙脱石，其C轴厚度为纳米量级，而其a、b轴的延展宽度可达200-2000nm。由于其具一维纳米薄层结构和易分散、能吸附阳离子等特性，通过与高分子聚合物的结合，能形成高强度、高阻隔性和高韧性的复合材料。
3.2 .1提纯技术
研制膨润土高档产品首先必须去掉杂质，提高蒙脱石含量，蒙脱石纯度通常是研制高档产品的关键，提纯方法难易程度直接关系到生产工艺流程和生产的可行性。
目前,膨润土选矿加工方法有干法、湿法两种。
干法分选适用于原矿品位高，生产能力大的矿山。
湿法选矿加工方法主要用于低品位原矿的选别和提纯。
湿法选矿加工主要工艺过程为：破碎—-钠化改型—-制浆—-沉降分离—-脱水干燥。
目前能被认可的提纯方法是能够在保持蒙脱石结构不破坏的前提下来去除杂质矿物，一般为物理提纯法、物理化学提纯法，这样提纯得到的产品不仅蒙脱石纯度得到提高、颜色趋于纯正，而且结构式、层电荷密度也不会失真。被去除的杂质矿物一般是伊利石、长石、沸石、方解石、石英、方英石以及胶态二氧化硅、三氧化二铝等。这些杂质矿物如能再经提纯得到综合利用，其经济效益和社会效益将是极大的。
伊利石：伊利石(Ileite ) 又称“水白云母”，因最早发现于美国的伊利岛而得名，是一种富含钾的硅酸盐云母类粘土矿物，其晶体化学式为：Ｋ１-x(H2O)X{Al2[AlSi3O10](OH)2-x(H2O)X},或为K<1 Al2[(Al,Si)Si3O10](OH)2·nH2O。其中水含量变化很大。伊利石呈鳞片状块体，不具膨胀性和可塑性，莫氏硬度2-3，比重2.5~2.8g/cm3，具有滑腻感，具有较好吸附性、细腻性、易碎性。伊利石在陶瓷工业中，用于制造釉面砖、马赛克、空心砖等；在塑料和橡胶工业中作填料，降低成本和增强产品的机械力学性能；在造纸工业中，高白度的伊利石粘土粉可作填料和涂料。此外，伊利石还可作化肥原料、建筑涂料、石油脱色剂等。
长石：长石(feldspar)是钾、钠、钙、钡等碱金属或碱土金属的铝硅酸盐矿物，晶体结构属架状结构。其主要成份为SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO 等。长石的主要组份有四种：钾长石、钠长石、钙长石、钡长石，长石族矿物的主要物理化学性质如下：
钾长石：K2O . Al2O3 .６SiO2，其中K2O 16.9 % ，Al2O3 18.4 % ，SiO2 64.8 % ，密度2.56g／cm3，莫氏硬度为6，单斜晶系，颜色为白、红、乳白色，熔点1290 oC。
钠长石：Na2O . Al2O3 .６SiO2，其中Na2O 11.8 % ，Al2O3 19.5 % ，SiO2 68.8 % ，密度 2.605g／cm3，莫氏硬度为6，三斜晶系，颜色为白、蓝、灰色,熔点1215 oC。
钙长石：CaO . Al2O3 .６SiO2，其中CaO 20.1 % ，Al2O3 36.7 % ，SiO2 43.2 % ，密度2.77g／cm3，莫氏硬度为6，三斜晶系，颜色为白、灰、红色,熔点1552 oC。
钡长石：BaO . Al2O3 .６SiO2，其中BaO 40.9 % ，Al2O3 27.1 % ，SiO2 32.0 % ，密度2.77g／cm3，莫氏硬度为6，三斜晶系，颜色为白、灰、红色,熔点1715 oC。
长石矿物除了作为玻璃工业原料外（约占总用量的50—60%），在陶瓷工业中的用量占30%，其余用于化工、磨料磨具、玻璃纤维、电焊条等其它行业。
沸石：沸石（Zeolite）有斜发沸石、丝光沸石、菱沸石等种类，是一种含水的碱金属或碱土金属的铝硅酸矿物。按沸石矿物特征分为架状、片状、纤维状及未分类四种。按孔道体系特征分为一维、二维、三维体系。
沸石密度1.92~2.80g/cm3，莫氏硬度5-5.5。
任何沸石都由硅氧和铝氧四面体组成，四面体只能以顶点相连，即共用一个氧原子，而不能“边”或“面”相连，铝氧四面体本身不能相连，其间至少有一个硅氧四面体，而硅氧四面体可以直接相连。
沸石的化学组成十分复杂，一般化学式为：AmBpO2p·nH2O，结构式为Ax/q[(AlO2)x(SiO2)y]nH2O，其中：A为Ca、Na、K、Ba、Sr等阳离子，B为Al和Si，q为阳离子电价，m为阳离子数，n为水分子数，x为Al原子数，y为Si原子数，y/x通常在1~5之间，(x+y)是单位晶胞中四面体的个数。
方解石：方解石又名重质碳酸钙，加工成超细粉后，可用于涂料、橡胶、塑料、造纸、医药、食品、密封材料和饲料等。
石英：也叫二氧化硅，硬度7，比重2.65。
方英石：方英石 (Cristobalite)也叫白矽石，结晶度低的二氧化硅。有α-方英石 和β-方英石 2种。方英石在常温常压下就能溶于碱，因而工业生产水玻璃所需的设备比较简单， 生产条件好，建厂投资少，资金回收快，产品质量理想。 此外还可以制取白炭黑。湖北现发现大量的蒙脱石和方英石伴生矿，其中蒙脱石和方英各占50%，蒙脱石和方英石经提纯都可得到综合利用。
胶态二氧化硅：水合二氧化硅。
三氧化二铝：白色粉末，易吸水但不潮解。
3.2 .2提纯可提高膨润土的湿压强度和热湿拉强度
膨润土和水砂等的掺合物的粘结性和可塑性一般以湿压强度 (湿态抗压强度)、热湿拉强度表示。湿压强度是评价膨润土的湿态粘结能力。
湿压强度、热湿拉强度是铸造工业评价膨润土质量好坏的重要指标之一，蒙脱石含量越高，膨润土的湿态粘结力也越大，湿压强度 、热湿拉强度高；同一蒙脱石含量的膨润土膨润值越高，膨润土的湿态粘结力也越大。
提高膨润土的湿压强度和热湿拉强度就要从提高蒙脱石含量和膨润土膨润值二方面下手。
提高蒙脱石含量可通过提纯来完成。原矿土经过提纯，除去杂质可提高提高蒙脱石含量。提纯的方法有湿法和干法。采取哪种方法可由企业根据成本和质量要求决定。
目前蒙脱石含量一般用吸兰量测定法和XRD测定法来表示，XRD测定法准确，成本高，不方便快速定性定量；吸兰量测定法操作方便，成本低，但不准确。同一个矿山同一类型的膨润土，吸兰量越高，蒙脱石含量越高。不是同一个矿山同一类型的膨润土，不可用吸兰量来对比蒙脱石含量的高低。因为具有吸兰性质的物质不仅是蒙脱石，还有其他的物质，而这些物质往往就存在膨润土中。
同一蒙脱石含量的膨润土提高湿压强度和热湿拉强度就要改善其膨润值，一般在胶质价大于100 mL/15 g，用膨胀容、膨胀倍来表示不明显时就用膨润值来表示其水化性质。膨润值不是一个确定的的指标，由于测试质量不同、介质不同和操作方法不同而不同，应看具体的数据的单位来判断。
测试质量不同，膨润值就有1克法（ml/g）、2克法（ml/2g）、3克法（ml/3g）、5克法（ml/5g）。
介质不同就有蒸馏水法、氯化铵法。
操作方法不同膨润值就有摇匀法、自然膨胀法（2h内分100次加入）。目前铸造用膨润土的膨润值测试一般是：氯化铵法是3克法（ml/3g），蒸馏水法是2克法（ml/2g）。
膨润土的膨润值就是表明其有效钠化的程度，天然钠基膨润土和人工钠基膨润土的膨润值都比钙基膨润土好。膨润土的粘结能力只有在加水以后才能表现出来，失去粘结能力，也与它的脱水有关。膨润土中的水分有三种形态：自由水、牢固结合水、晶格水。膨润土经加热脱去自由水、牢固结合水后，只要加水，能完全恢复粘结能力；只有晶格水在相当高的温度下全部脱除以后，才丧失粘结能力。由差热分析实验证明：一般来说，天然钠膨润土的失效温度为638℃，钙膨润土为316℃，人工钠化膨润土在二者之间。有时要求膨润土在550℃的条件下焙烧30分钟后测其湿压强度，就是观察其热稳定性，俗称耐火度。
膨润土的膨润值越好，其钠化的程度越好，其失效温度越高，其湿压强度和热湿拉强度越高。
钠化是改善膨润土的膨润值最好的方法。
人工钠化的途径很多，目前已知的途径有悬浮液法、堆场钠化法、轮辗钠化法、挤压钠化法、双螺旋钠化法、超临界处理法、雷蒙磨法等。钠化剂主要是用Na２CO3，最近有关部门通过试验发现，用NaF作钠化剂效果比Na２CO3好的多。用NaF作钠化剂工艺与用Na２CO3基本相同。
人工没钠化好的膨润土，其膨润值低，一经加热就与钙膨润土相近。
3.3 膨润土的有机技术
一般地说，有机膨润土是将钠基膨润土用有机胺盐覆盖而得。
有机膨润土主要用于油漆油墨、石油钻井、聚合物活性填充剂等领域。
有机膨润土是有机液体的有效胶凝剂。在液态有机系统中加入相当少量的有机膨润土，将大大影响其流变性，粘度增大，流动性改变，系统成为触变的。有机膨润土主要用于油漆、印刷油墨、润滑油、化妆品及其他许多工业部门，以控制粘度和流动性，使生产更容易、储存稳定性及使用性能更好。在环氧树脂、酚醛树脂、沥青等合成树脂及Fe、Pb、Zn等系列颜料油漆中，可作防沉助剂，具有防止颜料沉底结块、耐腐蚀、加厚涂层等；用于溶剂性油墨可作增稠助剂，以调整油墨的粘度和稠度，防止油墨渗散，提高触变性。
有机膨润土用于石油钻井，可作配制油基泥浆和助卡剂，增加泥浆的稠度、提高泥浆分散性和悬浮性。
有机膨润土是用作轮胎、胶板等橡胶及部分塑料制品的填料。有机膨润土用作橡胶填料，是国际上八十年代新技术，原独联体、美、英等国家广泛应用。吉林化学工业公司研究院经过三年的研制， 成功地开发出生产橡胶用有机膨润土（也叫改性膨润土）技术方法。产品在桦甸、吉林、长春、吉化等轮胎厂进行试用，效果显著，不仅轮胎使用寿命延长，轮胎生产成本也大大降低。橡胶用有机膨润土（改性膨润土）得到橡胶企业的认同和欢迎，市场潜力巨大。此后，浙江的丰虹、华特开发出有机膨润土及超细/纳米有机膨润土，为有机膨润土（改性膨润土）的应用提供原料的保障。
纳米级有机膨润土还用于尼龙、聚酯、聚烯烃（乙烯、丙烯、苯乙烯、氯乙烯）和环氧树脂等塑料的纳米改性，改善其耐热性、强度、耐磨性气体阻隔性和比重。纳米级有机膨润土在橡胶中应用主要用于橡胶制品的纳米改性，改善其气密性，定伸引力和耐磨性、防腐性、耐侯性、耐化学性。聚氨酯弹性体／蒙脱土纳米复合材料、三元乙丙橡胶／蒙脱土纳米复合材料都得到很好的研究。
4膨润土的综合利用
天然膨润土一般多为钙基膨润土，其物化性质不甚理想，如将其加工成钠基膨润土、提纯膨润土、颗粒膨润土、有机膨润土、活性白土（颗粒白土）、白炭黑等膨润土深加工产品，可广泛用于石油化工、油脂、医药、建筑、日化、纺织、涂料、冶金、环保等各领域中。
4.1钠基膨润土
自然界产出的膨润土，绝大部分为钙基膨润土。钙基膨润土较钠基膨润土性能差，所以生产厂常用人工钠化的方法将钙基膨润土改型为钠基膨润土。钠基膨润土在铸造行业、钻井泥浆、铁矿球团、干燥剂、污水处理、建筑工程防水材料、涂料等7种行业需求用量较大。
铸造用膨润土是钠基膨润土最大的用户，每年用量不少于110万吨。钠基膨润土以其复用性好和湿压强度高而受铸造行业所欢迎。因具有良好的可塑性，可遏止铸件夹砂、结疤、掉块、砂型塌方等现象，加之成型性强、型腔强度高，便于金属行业浇铸湿态或干态型模，是精密铸件首选的型砂粘结剂。和其他黏结剂相比，膨润土有一个重要的特点，就是它具有一定的耐热能力。只要加热温度不太高，脱除了自由水的膨润土只要加水，仍能恢复粘能力。膨润土的粘结能力只有在加水以后才能表现出来。膨润土失去粘结能力，也与它的脱水有关。到目前为止，认为膨润土中的水分有三种形态：一种水是自由水，即膨润土颗粒吸附的水，加热到100℃以上，就可脱除自由水，脱除了自由水的膨润土，粘结能力不受影响；二种水是牢固结合水，110℃下长时间加热，膨润土可完全脱除自由水，但不会脱除牢固结合水。已完全脱除自由水的膨润土，再在较高的温度（如200℃，300℃）下加热仍会继续减重，说明仍有水分损失。膨润土经这样加热脱水后，只要加水，能完全恢复粘结能力；三种水是晶格水，也有人称之为结构水。晶格水只有在相当高的温度下才能部分或全部脱除。膨润水的晶格水脱除以后，即丧失粘结能力，成为死粘土。不同的膨润土，丧失粘结能力的温度不同。由差热分析实验证明：一般来说，天然钠膨润土的失效温度为638℃，钙膨润土为316℃。人工活化的钠膨润土，由于活化条件各异，失效温度不一，但都低于天然钠膨润土。
钻井泥浆用膨润土是钠基膨润土第二大的用户，每年用量不少于70万吨。在进行油、气钻井等项工作时，要使用泥浆来冷却钻头、清除碎屑、保护井壁及平衡地压。膨润土具有强烈的吸水性，能吸收相当于本身体积8倍的水，体积膨胀10～30倍，在水溶液中呈悬浮和胶凝状态，分散性好、出浆量大，因此是制造钻井泥浆的理想材料。用作钻井泥浆的膨润土，最重要的技术要求是悬浮性质、湿筛分析和水分含量。据了解，平均每采一口井，大约使用膨润土８吨。
铁矿球团用膨润土是膨润土第三大的用户，每年用量为45万吨。
铁矿球团用膨润土是现代冶金工业的重要附料之一，将精矿铁粉加适量膨润土和水混合后在造球机中滚动成球状，然后干燥预热、焙烧结成有高强度的球团再进行冶炼。从统计数字看，2003年我国球团总产量已超过3000万吨，比2002年增加500万吨，预计2004年将比2003年再增加58%的生产能力。2004年铁矿球团用膨润土有望达到71万吨。
膨润土干燥剂具有吸附活性，静态减湿和异味去除等功效。广泛应用于不能采用油封，气相封存的产品中诸如：光学仪器、电子产品、医学保健、食品包装及军工产品和民用产品的干燥空气封存。与硅胶相比具有价格低廉，吸附速度快，制备成本低等优点。与目前市售的其它类型干燥剂相比较，不仅吸附速度快，吸附能力高且无毒、无味、无接触腐蚀性、无环境污染等特点，尤其应用于食品包装，对人体无损害。膨润土干燥剂出口量较大。
颗粒膨润土（猫砂）是以钠基膨润土为原料，经挤压、烘干、破碎、筛分制成的一种粒状产品，由于它具有吸水性强、易结团、团块牢固、便于清理等特点，受到宠物饲养者的欢迎。猫砂有玉米芯猫砂、木屑猫砂、纸质猫砂等品种。
颗粒膨润土（猫砂）出口量较大，我国每年出口到日本、德国、台湾等国家和地区的猫砂有几万吨。
膨润土可作为浑浊水的澄清剂，被污染水的防水剂、污水处理剂等。用膨润土处理印染废水、煤气洗涤废水、味精厂等废水、废物,去除率达99.5％。
在水库上游撒膨润土可使水库不洁物质絮凝沉入库底经生物净化加以处理。圈养动物场和屠宰场、水产加工场产生的污水、臭气对环境有害，可在这些场所撒膨润土，回收高效肥料。
利用膨润土上的润滑性，粘结密封性，增稠性及胶凝性制成泥浆，用于各种土壤作业的衬壁防渗，如隔墙建造，灌浆、沉箱、打桩、土地防渗、水泥及混凝土施工添加剂，固体水利运输，污水处理及隧道盾构润滑等。
用膨润土防渗层铺河道，可把有限的水引向远方。膨润土防水层可用天然钠基膨润土粉直接铺，也可以用膨润土与当地土搅拌夯实，也可以将膨润土夹在两层织物之间形成防水(渗)毯(板)，快速修建起储水池、储水窑、输水渠。
膨润土可做防水材料，如瓦楞纸板装膨润土的防水板、两层无纺布中间夹膨润土的防水毡和一层无纺布一层塑料板中间夹膨润土的双重防水板，该材料已在地铁、大坝底部、垃圾填埋场地下工程中大量使用。膨润土具有高度的水密性和自身修补复原的功能，其防水有密实性（钠膨润土在水压状态下形成横隔膜，厚度约5mm时，相当于100倍的30cm厚度粘土的密实度）、自保水性能好（钠膨润土和水反应时，具有l3－l6倍的膨胀力，因此能修补2mm以内混凝土表面的裂纹）和具有永久的防水性能（钠膨润土不会发生老化或腐蚀现象）等特性。膨润土对人体无害，具有极佳的环保性能。施工简便。不需要加热和粘贴，不受气温影响。同时，施工工期短，和其他防水材料比较，施工相对比软简单。只用钉子和垫圈。施工后不需要特别的检查，如果发现防水缺陷也容易维修。
膨润土在食品中作食品添加剂及乳化剂，可用作减肥食品；可使果汁、糖汁澄清膨；可使硬水软化；可用于酒的澄清，减少乙醛的形成以及硫化氢的形成，消除所有外来的气味。
膨润土在涂料中作粘滞调节剂和白色矿物填料，可部分或全部代替钛白粉；还可部分取代聚乙烯醇，以及用作无纺布、石膏板颗粒的粘结剂。膨润土可对氧化淀粉粘合剂进行改性，既提高了胶的固含量，减少水份，还可堵塞和填补纸纤维（特别是草浆纸）的空隙，降低水份渗透率，从而提高粘合剂的初粘力和干燥速度。实验证明膨润土效果好，且价格低，是理想的快干剂。膨润土在造纸工业用作多功能白色涂料，它还在碎浆机中起抗纵摇吸附剂作用、在机械中起保持剂作用、在纸浆中起流变调整剂作用。
4.2提纯膨润土
由于天然膨润土一般品位低，如用于高档商品必须提纯，提纯可提高膨润土的湿压强度和热湿拉强度。
膨润土和水砂等的掺合物的粘结性和可塑性一般以湿压强度 (湿态抗压强度)、热湿拉强度表示。湿压强度是评价膨润土的湿态粘结能力。
湿压强度、热湿拉强度是铸造工业评价膨润土质量好坏的重要指标之一，蒙脱石含量越高，膨润土的湿态粘结力也越大，湿压强度 、热湿拉强度高；同一蒙脱石含量的膨润土膨润值越高，膨润土的湿态粘结力也越大。
提高膨润土的湿压强度和热湿拉强度就要从提高蒙脱石含量和膨润土膨润值二方面下手。
提高蒙脱石含量可通过提纯来完成。原矿土经过提纯，除去杂质可提高提高蒙脱石含量。提纯的方法有湿法和干法。采取哪种方法可由企业根据成本和质量要求决定。
4.3高白膨润土
关于什么是白膨润土，至今没有统一的标准，由于用途不一，对其白度的要求也不一致，但可以肯定地说白度的要求建材白度最少应在80以上，同时，也要满足水介质中的白度为纯白色，不得混有红、绿色。
白膨润土受益于其白度，在日化用品、陶瓷、造纸、涂料等许多方面深受欢迎。
日化用品：白膨润土在肥皂、洗衣粉、洗涤剂作织物软化剂、柔顺剂，吸收溶解的杂质，防止织物表面结壳和渣滓的堆积，减少沸石在织物上的沉积；可使流体介质中污物和其它颗粒保持悬浮状态；吸附油类及其它杂质，甚至可使细菌凝结。在牙膏、化妆品中作凝胶剂，可替代国外进口的牙膏用增稠剂、触变剂—-合成硅酸铝镁。
陶瓷：白膨润土在陶瓷中用作塑性填料，特别是在需要烧结后高白度的产品中。其流变和可膨胀特性使得陶瓷灰膏具有了可塑性并增加了强度，同时在膏体中使水的悬浮体稳定，同时，其干粘合性为焙烧后的最终产品提供一种高结合强度和抗弯曲的能力。在陶瓷釉料中，白膨润土还用作增塑剂和增稠剂，为釉料和支持物提供强度、可塑性和高粘着性，有利于球磨。
造纸：在造纸工业，白膨润土可用作多功能白色矿物填料。
涂料：在涂料中作粘滞调节剂和白色矿物填料，可部分或全部代替钛白粉。
淀粉改性剂：使储存稳定性及使用性能更好。
此外，白膨润土还可用在高档胶粘剂、聚合物、油漆中。
目前“双80”的白膨润土身价倍增，十分畅销。“双80”的白膨润土就是蒙脱石含量为80%，白度80。
4.4 活性白土（颗粒白土）
活性白土是用膨润土为原料，经活化处理，再经水漂洗、干燥制成的吸附剂，外观为乳白色粉末，无臭，无味，无毒，吸附性能很强，能吸附有色物质及有机物质。在空气中易吸潮，放置过久会降低吸附性能。但是，加热至３００摄氏度以上便开始失去结晶水，是结构发生变化，影响褪色效果。活性白土不溶于水、有机溶剂和各种油类中，几乎完全溶于热烧碱和盐酸中，相对密度２．３～２．５，在水及油中膨润极小。广泛用于矿物油、动植物油脂、制蜡及有机液体的脱色精制。还可用作水分干燥剂，内服药物碱解毒剂，维生素Ａ、Ｂ吸附剂，润滑油重合接触剂，汽油气相精制剂等，还可用作中温聚合催化剂、高温聚合剂和制造颗粒白土的原料。
我国活性白土的生产厂家约40个，年产量约为42万吨。最大的生产装置能力为5万t/a。活性白土的产地主要集中在东北、华北、华东等地区，产量占了全国的70%以上。目前，我国活性白土的需求量为65万t/a左右，每年还进口约4万吨。
目前活性白土的生产工艺还存在三点难题需要解决：
（1）对膨润土原土有一定的选择性，并非对所有不同类型的膨润土都能生产出脱色率≥90％的高效活性白土，即另有一些类型的膨润土只能生产出脱色率≥80-85%的普通活性白土或半高效活性白土。活性度指标暂时还达不到H型（高活性度活性白土）对活性度的要求。因而它的使用范围受到了一些限制。
（2）酸性废水的处理，目前石灰用量太大。
（3）吸油率大。活性白土脱色使用量为油重的2%-5%。使用白土对油脂进行脱色，不可避免的要夹带油，夹带量一般为活性白土量的20%-50%，从而增加了炼耗和成本。目前，少数企业采用浸出法从活性废白土中将油分离出来，但分离后的油品由于白土的作用，色泽为乌黑，无法脱色出好的颜色。因此，国内油脂脱色部门希望吸油率小的活性白土。
美国活性白土的生产能力已达到400万吨/年以上，而我国仅为20万吨/年左右，油脂脱色等部门用的优质活性白土尚需从国外进口。椐统计，我国近年来对活性白土的需求量以每年7-8%的速度递增。经过国内市场的考察分析，仅就油脂精炼市场庞大，据业内专家预测，我国年产各种植物油约800万吨，进口油500-600万吨，其中精炼油占总数的1/2，约650万吨。因此，生产高效活性白土市场前景广阔。
颗粒白土是以活性白土为主要原料经化学处理而成的，外观为不定型小颗粒状，它比活性白土有更高的比表面积，具有很高的吸附能力，广泛用于石化行业芳烃提纯，航空煤油精炼、矿物油、动植物油脂、制蜡及有机液体的脱色精制，也用于润滑油、基础油、柴油等油品的精制，脱除油品中残余的烯烃、胶质、沥青、碱性氮化物等杂质。
颗粒白土还可用作水分干燥剂，内服药物碱解毒剂，维生素Ａ、Ｂ吸附剂，润滑油重合接触剂，汽油气相精制剂等，还可用作中温聚合催化剂、高温聚合剂的原料。
目前，无毒、不夹带、吸油率小、可用于食用油脱色精制和在石油催化上不会造成反应介质变色的的颗粒白土是需求热点。
目前，我国颗粒白土主要有临安福龙吸附剂厂几个厂家在生产，基本可以满足国内需要。用于石化行业芳烃的颗粒白土所用的原料必须是传统工艺生产的活性白土，干法生产的或用凹凸棒土复配的都不能满足生产的要求。
临安福龙吸附剂厂就是专业生产用于石化行业芳烃的颗粒白土，其产品受到客户的好评。
4.5 有机膨润土（改性膨润土）
有机膨润土(Organobentonite)是指有机阳离子或机化合物取代蒙脱石层间可交换性阳离子或吸附水，使其失去或部分失去吸附水生成的一种疏水亲油的膨润土有机复合物，在有机溶剂中具有良好的胶体分散性、增稠性、粘结性、触变性和悬浮稳定性，可适用油漆、油墨、高温润滑脂、化妆品等做增稠剂及适用于石油钻井液配制以及精密铸造涂料、密封腻子、玻璃纤维加工等，深受膨润土企业亲睐，生产规模越来越大。
有机膨润土也是用作轮胎、胶板等橡胶及部分塑料制品的填料。有机膨润土用作橡胶填料，早在20多年前就在美、英等国家广泛应用，国内也在桦甸、吉林、长春、吉化等轮胎厂进行试用，效果显著，市场潜力巨大。
我国有机膨润土快速发展的原因是：
（1）近年由于外资的注入及国家对于矿产的保护致使膨润土原矿价格上升，如安吉原矿价格在原有基础上已涨了3~4倍、辽宁沙海的也直线上升，球团膨润土等已无利润可言，人们纷纷把目光关注到有机膨润土上，而且有机膨润土的需求量很大，可以满足企业家的想象。
（2）有机膨润土加工的一般流程为：原矿→粉碎→分散→改型(钠化)→提纯→加铵盐覆盖→漂洗→脱水→烘干→粉碎→包装，总体上讲并不比活性白土的设备复杂多少，利益的驱使使更多的企业加入有机膨润土的生产行业。当然，随着有机膨润土技术进步，技术的普及也不使企业家感到投资有机膨润土有多大的技术障碍。
（3）外资的进入，造成了有机膨润土热。海名斯公司（Elementis）早在2002年就在长兴县创建一家名叫海名斯精细化工（长兴）有限公司的有机膨润土企业，2008年并购了浙江省安吉县宇宏粘土化工有限公司80%的股权股份，更名为海名斯(安吉)粘土有限公司，令当地的膨润土原矿价格翻了一翻多。
（4）有机膨润土的龙头企业快速发展也加快有机膨润土热的进程，浙江丰虹粘土化工有限公司已将产能增到1万吨/年，并向市场投放了纳米级超分散有机蒙脱土NANNOLIN。浙江华特公司产能已达8000吨/年，2008年又收购浙江顺孚粘土化工有限公司，也使总产能达到1万吨/年，并且拟计划再新建1套1万吨/年装置。
4.6 膨润土白炭黑
白炭黑即水合二氧化硅，是微细粉末状或超细粒子状的二氧化硅。是用于彩色、浅色橡胶制品的主要补强填料之一，是德国在40年代作为炭黑的代用品开发出来的，现在已广泛地用于橡胶、制鞋、塑料、油漆、造纸、合成树脂和油脂等工业部门，其中橡胶、制鞋用量最大。1958年前后我国开始研制生产白炭黑。有人称21世纪是绿色轮胎时代，白炭黑在轮胎行业的使用将大大刺激白炭黑的需求；另外橡胶制品的彩色、浅色化发展趋势以及其它工业领域应用的开拓也必将极大地刺激白炭黑的需求。以膨润土为主要原料生产白炭黑生产工艺新颖先进，流程合理，低能耗，原料价格低廉易得，是国家鼓励开发的国家级重点新产品，具有强劲的市场竞争优势。我国膨润土资源非常丰富，居世界首位，分布广，易开采，但目前仅仅提供初级产品，效益低。利用膨润土生产白炭黑，增加膨润土的附加值，且成本低，为白炭黑在更广泛的领域应用创造了条件。
白炭黑的用途很广，目前国内年产量低，不能满足需求，市场缺口很大。用膨润土制备白炭黑能耗只为沉淀法（酸中和水玻璃）的1/5，原材料消耗成本只为沉淀法的1/3，与沉淀法生产的白炭黑相比每吨成本约低1000 -2000元左右。低成本的白炭黑为白炭黑用于彩色、浅色橡胶制品的补强提供了价格优势。同时膨润土制备出的白炭黑无疑还是白炭黑/膨润土复合填料，具有着白炭黑、膨润土各自的功能性，可极大地开拓橡胶制品的彩色、浅色化的应用领域。
4.7 4A沸石
4A沸石是具有四面体骨架结构的硅铝酸盐晶体，其合成方法有水玻璃法、天然沸石法、活性白土法、膨润土法、高岭土法和煤矸石法。水玻璃法工艺成熟，容易控制，产品质量好，但成本高。活性白土法、高岭土法和煤矸石法生产4A沸石需要高温焙烧原矿石，能源损耗较大，同时，对环境也会产生一定程度的污染。用天然沸石生产4A沸石，不需要高温焙烧，但需要加入含铝的成分。膨润土法利用天然蒙脱土为原料，成本大大降低，污染小，产品质量稳定可靠。
4A沸石是无磷洗涤剂广泛采用的一种代磷助剂。洗衣粉中的洗涤助剂–三聚磷酸钠，对江河、湖泊等水域产生了“营养富集”污染。2000年，国家环保避将含磷洗衣粉列为禁止使用的产品。目前，我国年沸石用量已超过30万吨，但我国现在生产4A沸石的生产量仅有5万吨左右，，可见，国内4A沸石需求缺口非常大。此外，4A沸石还可用于石油催化裂化、吸附干燥等方面。因此，4A沸石具有广阔的市场前景，尤其用膨润土合成洗涤剂助剂4A沸石更有潜力。
4.8 无机铝盐
用膨润土可以生产氯化铝或硫酸铝。
硫酸铝{AL2(SO4)3·18H2O}是白色结晶体，比重为1.69。在空气中长期存放易吸潮结块，脱水温度为86.5˚С，能溶于水、酸和碱，不溶于醇，水溶液呈酸性，具有酸而涩的味道。加热到530˚С时开始分解，860˚С分解结束，分解最终产物为r-Al2O3。硫酸铝产品广泛应用于糊料净水造纸、印染、制革、木材防护及消防药剂等工业部门。
参考文献：（略）
作者简介：许家亮（1982-），男，工学学士，助理工程师，主要从事蒙脱石研发及生产，有发明专利1项，发表文章多篇。xjl7109@163.com，13221587688
郑再宏（1967-），男，工程师，主要从事有机膨润土加工工艺及设备的研究，现为临安市思特富化工机电设备有限公司总经理。
李月芬（1964-），女，主要从事石化行业芳烃用颗粒白土的生产，现为临安福龙吸附剂厂厂长，13868077123
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