福建某地膨润土制备活性白土试验研究

膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的黏土矿物，活性白土是以膨润土为原料经酸热活化处理制备而成的一种化工产品，亦称为漂白土。活性白土的制备原理是利用无机酸中离子半径较小的氢离子置换出吸附在膨润土中蒙脱石层间离子半径较大的金属阳离子和水分子，并利用无机酸的强氧化性溶蚀出蒙脱石层间所吸附的其他杂质，疏通和减少大半径离子对蒙脱石层间通道的堵塞，使其吸附性和对大分子的截留性增加，同时使其带有大量氢离子而在一定的条件下具有较大的催化活性。活性白土是一种具有微孔网状结构、比表面积较大的多孔型粉末状产品，主要用于润滑油、液压油、变压器油等矿物油的精炼精制和菜籽油、葵花油、棉籽油、棕榈油等植物油的脱色、除杂以及绝缘油的净化等行业，由活性白土进一步加工所得延伸产品颗粒自土，可作为芳烃重整、异构化、歧化的催化剂而应用于航空煤油的精炼等行业。

 

1 实验部分

 

1.1 矿石性质 本研究采用原料是福建某地的膨润土，该膨润土外观呈泥沙泥块混合状、砖红色，含水26.5%，吸蓝量30.4g/100g(换算成蒙脱石含量为68.8%)，膨胀容7mL/g，胶质价50mL/15g，阳离子交换总量82.6mmol/100g，其中可交换性阳离子为：K+，2.8mmoVl00g;Na+，1.8mmol/100g;Ca2+，25.9mmol/100g;Mg2+，47.2mmol/100g。膨润土原矿化学全分析结果(w/%)为：SiO2，63.53;Al2O3，19.52;Fe2O3，1.16;CaO，0.30;MgO，4.80;K2O，0.70;Na2O，0.08;TiO2，0.13;烧失量，9.78。X射线半定量衍射结果表明d(001)为1.5492nm，主要矿物及含量为蒙脱石67.9%、石英32.1%，矿物组成简单，其衍射图谱见图1。20um视域的原矿扫描电镜照片见图2，照片中清晰可见花蕊状和片状堆叠的蒙脱石矿物。上述检测和分析结果表明该膨润土是一种蒙脱石含量中等且层间吸附的阳离子以镁为主以钙为辅、组成较为简单的镁钙基膨润土，与国内其他地区的大部分以钙基为主的膨润土有所不同。

 

1.2 试剂及设备 硫酸，化学纯;分散剂JN，化学纯;XPF-150圆盘粉碎机;φ100×150自制反应器;φ350×260反应釜(10L);XPM-120×3三头研磨机;XPF-100×4行星四筒研磨机;101A-3干燥箱。

 

2 结果与讨论

 

膨润土原矿蒙脱石含量已达60%以上，且该矿粒度较细，水中搅拌分散后绝大部分矿物粒度都小于74u，因此该矿可采用在搅拌分散后直接进行酸热活化的方法制备活性白土。活性白土制备采用单因素多水平的试验方法，主要考察在不同硫酸用量和活化时间下所制备的活性白土性能，以脱色力与活性度作为试验的评价指标。试验采用的原则工艺流程为：

 

2.1 硫酸用量试验 试验条件：活化时间6h，活化温度95~100℃，活化质量分数35%(原矿直接制浆)，选择硫酸作为活化剂，考察在不同硫酸用量的条件下，制备出的活性白土的脱色力和活性度指标。试验结果见表1。

 

 

注：脱色力指标按目前国内各企业普遍采用的方法测试和计算，该计算方法所得脱色力为154时相当于CS-1040白土的脱色力，为156时相当于CS-1060白土的脱色力，下同

 

活性白土的加工需要同时满足脱色力和活性度两项主要指标都能达到一定的值，以满足不同行业对活性白土的使用要求。从表1可看出，试验所用膨润土在中低酸量下活化后脱色力不高，但具有很高的活性度，在较高酸量下活化后同时具有较高的脱色力和活性度，两项指标同时较高的较佳用酸量为350kg/t左右，活性度指标较好时的用酸量为250~350kg/t。当硫酸用量超过350kg/t较大如达到450kg/t时，活性度的变化虽然较小，但脱色力有较大幅度的降低，其原因是硫酸用量过大导致体系中的硫酸浓度过高，硫酸对蒙脱石内外表面的溶蚀太过显著，使活性白土的比表面积降低，进而降低了活性白土的脱色能力。因此，若要使制备出的活性白土同时得到较高的脱色力以及活性度指标，需要选择恰当的硫酸用量，试验结果表明对该膨润土而言，制备活性白土较合适的硫酸的用量为350kg/t。从表1还可看出，该膨润土在未经任何处理时脱色力指标也达到140.5，远高于其他未经处理的钙基膨润土的脱色力值，说明该膨润土矿具有一定的天然脱色能力，属于一种天然漂白土。

 

2.2 活化时间试验 试验条件：硫酸用量350kg/t，活化温度95~100℃，活化质量分数35%(原矿直接制浆)，考察在不同活化时间的条件下，制备出的活性白土的脱色力和活性度指标。试验结果见表2。从表2可看出，在硫酸用量固定为某个较合适的量时，随着活化时间的增加，活性白土的脱色力和活性度指标基本都体现出从低到高逐渐升高的规律，但当活化时间达到6h后，脱色力和活性度指标的增加都已不再明显，因此对于该膨润土而言，活化时间以6~7h为宜。

 

从上述活性白土制备试验的结果可看出，试验所用膨润土与国内外其他膨润土相比，具有一些独特之处。一方面该膨润土具有一定的天然脱色能力，是一种天然的漂白土，但未经活化时几乎没有活性度;另一方面，尽管该膨润土的蒙脱石含量并不很高，属于中等水平，但该膨润土原矿经酸热活化后所得的活性白土产品具有很高的活性度，可高达350mmol/1000g左右，如此高的活性度在国内外的活性自土产品中都比较罕见。化工行业要求一级品活性白土活性度大于等于220mmol/1000g，随着活性白土的主要应用行业石油精炼行业技术水平的发展和提高，其对活性白土活性度的要求也越来越高，国内目前的高效活性白土的活性度一般在250~280mmol/1000g，且能达到该指标的产品很有限，而试验所用膨润土活化后的活性度远高于该值，因此，试验所用膨润土矿是很好的制备高活性度活性白土的原料。

 

表2 不同活化时间下的试验结果

 

3 结论

 

1. 本研究所用膨润土不属于典型的钙基膨润土，而是一种镁钙基膨润土，该膨润土具有一定的天然脱色能力，属于一种天然的漂白土。

 

2. 采用该膨润土制备出的活性白土具有非常高的活性度，远超一般活性白土的活性度指标，可作为矿物油精炼精制的极佳活性白土产品。

 

3. 采用该膨润土制备活性白土时加工工艺相对简单，直接使用原矿搅拌分散后活化即可得到脱色力和活性度指标俱佳的活性白土产品。酸热活化时的较佳参数为硫酸用量350kg/t，活化时间6~7h。