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膨润土作为一种重要的非金属矿产,在众多领域发挥着较为重要的作用。其独特的物理化学性质,使其成为工业生产、农业发展以及日常生活中的关键材料。随着技术的不断进步,膨润土的应用范围持续拓展,对各行业的发展产生着深远影响。
一、钻探工程
在钻探工程领域,膨润土主要作为钻井泥浆材料,约占整个膨润土行业用量的18%。泥浆在钻探过程中发挥着携带钻屑、冷却钻头、润滑钻具以及稳固井壁等关键作用。
钠基膨润土因具备出色的造浆性能而备受青睐,相比之下,低品位钙基膨润土的造浆性能较差。所以在国内,使用膨润土造浆前通常会进行人工钠化处理,将钙基膨润土转化为钠基膨润土,从而提升其造浆性能。与此同时,还会选择合适的增效剂并控制剂量,合理提高膨润土中蒙脱石的含量,因为蒙脱石含量与造浆性能密切相关,含量越高,造浆性能越好。
不过,膨润土在实际应用中也存在一些问题。其触变性使得泥浆在循环过程中,容易在设备的管道、阀门等部位形成沉淀,造成堵塞,增加了设备维修管理的难度,影响钻探工程的效率。
二、废水处理
粉末状膨润土凭借较大的比表面积,以及优良的吸附性能和离子交换性能,成为处理废水的优质矿物材料。理论上,粉状膨润土能与废水中的污染物充分接触,吸附效果更好。
然而,由于其吸水膨胀性和黏结性,在实际应用时会出现粉土黏结团聚的现象,导致膨润土颗粒无法充分分散,有效吸附面积减小,从而显著降低吸附效果。而且,处理废水后产生的二次污泥,若处理不当,会造成二次污染。
为解决这些问题,通常将粉状膨润土制成特定形状。例如,利用海藻酸钠与氯化钙溶液的交联作用制备成球粒,这种球粒不仅便于回收,还能提高膨润土的机械强度,使其在废水处理过程中不易破碎;借助挤压设备制备成条型,增加了膨润土与废水的接触时间;通过3D打印技术,以膨润土作为打印材料制成蜂窝型吸附砖,增大了比表面积,提高了吸附效率。同时,在制备过程中要保证成形土的强度,以方便运输和应用。
三、冶金工程
在冶金工程中,膨润土的分散悬浮性和黏结性使其成为高炉炼铁原料——球团矿生产中关键的黏结剂材料。在球团矿生产过程中,膨润土可以优化成球的性能,增强生球颗粒之间的黏结力,促使球团快速成型、长大,并储存球团内部的水分。这一系列作用能显著提高生球的落下强度、抗压强度、爆裂温度及干球抗压强度,对保证球团矿的质量和高炉炼铁的顺利进行具有重要意义。
但膨润土的使用也存在一定弊端,它会引入大量的Si和Al等杂质,降低球团矿品位。因此,在冶金工程中,使用优质高效膨润土,并通过优化工艺降低膨润土用量,成为生产高质量球团矿的关键。比如,通过提纯技术提高膨润土的纯度,开发新型复合黏结剂,减少膨润土的使用量,同时保证球团矿的质量。
四、建筑建材
膨润土独特的吸水膨胀特性使其在建筑建材领域得到广泛应用。膨润土能够吸收多倍于自身重量的水,体积膨胀为原有体积的数倍甚至数十倍,吸水至一定程度后,膨润土会形成一种胶体,具有排斥水的性能,利用这一特性,膨润土可用于制造防水材料。
典型的应用实例是膨润土防水毯,它由膨润土颗粒与土工织物复合而成,具有良好的防水性能,广泛应用于地下室、水池、垃圾填埋场等的防水工程;膨润土还可用于生产轻质的墙体材料,降低建筑物的自重,提高建筑物的保温隔热性能;在浸渍涂层中,膨润土能增强涂层的附着力和耐久性;作为垃圾填埋屏障材料,膨润土可以有效阻止垃圾渗滤液的渗漏,防止土壤和地下水污染。
五、农林畜牧业
在农业和林业中,膨润土作为土壤改良剂发挥着重要作用。膨润土具有良好的保水性和保肥性,能够减少农肥被水冲出,提高农肥、水分的蓄积能力,改善土壤结构,增加土壤孔隙度,促进土壤微生物的活动,从而改良土壤,提高农作物产量。当膨润土与肥料混合使用时,还能延长肥料的效用时长,减少肥料的流失和浪费,提高肥料利用率。
在畜牧业中,膨润土作为饲料添加剂被广泛应用。它可以减慢饲料在胃肠中的通过速度,使畜禽充分消化饲料,提高营养摄取率,促进畜禽生长发育,增强畜禽的免疫力。此外,膨润土还具有吸附作用,能够吸附饲料中的有害物质和异味,改善饲料的品质。
六、医药食品加工业
在医药领域,膨润土的吸水性、悬浮性、分散性、黏结性和触变性使其成为良好的制剂辅料和药剂载体。膨润土具有吸附和抑菌或杀菌的双重功能,临床上可用于治疗腹泻和消化道溃疡;在某些软膏或者糊状类药剂中加入膨润土,可起到有效增稠的作用,改善药剂的物理性状;作为药剂载体,膨润土能使药剂在人体内缓慢释放,发挥作用的时间长且稳定,提高药物疗效。随着对膨润土研究的不断深入,其在医药领域的应用价值还具有很大的开发潜力。
在食品工业中,膨润土的良好吸附性和离子交换性得到充分利用。在动植物油精炼过程中,酸化后的膨润土吸附能力增强,可有效去除动植物油中的杂质和色素,实现脱色和提纯;在葡萄酒等的酿制过程中加入膨润土,能起到澄清和稳定化处理的作用,提高酒的品质;将膨润土用于日常调味用品(醋、味精、酱油等)的加工与提炼中,可有效除杂或澄清,甚至在一定程度上提高调味用品的营养价值。
尽管国内膨润土资源丰富,应用领域广泛,但不同地域的膨润土性能存在较大差异,这导致膨润土加工应用也存在较大区别。目前,我国的膨润土制造与加工企业普遍存在规模较小、技术比较落后、产品质量不稳定、资源利用率低下等问题。因此,进一步研究膨润土应用新途径和加工新技术,开发高端膨润土产品,赋予膨润土新的使用价值,对于推动膨润土行业的发展显得尤为迫切和重要。这不仅有助于提高我国膨润土产业的竞争力,还能更好地满足各行业对膨润土的需求,促进相关产业的可持续发展。
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