專利名稱：一種膨潤土礦漿脫水方法
技術領域：
本發明涉及一種膨潤土礦漿脫水方法背景技術膨潤土(又稱蒙脫石，斑脫土，bentonite，smectites，montmorillonite)礦資源非常豐富，已探明我國資源量居世界首位，占世界總量的60％。新疆地礦部門經勘查證實，和布克賽爾蒙古自治縣境內的膨潤土礦探明儲量是目前已探明的全國最大的膨潤土礦區，而且品質好，在世界范圍內僅次于美國懷俄明州的膨潤土礦。
膨潤土被稱作萬能土或者“工業味精”，在國民經濟各部門如建材、冶金化工、石油、農業、醫藥、輕工得到了廣泛應用。近年來，膨潤土在新材料及相關領域的應用越來越活躍，在國內外倍受重視。我國現年產量250萬噸，并有大量出口。但主要生產和出口膨潤土原礦和初級產品，耗費了大量資源，所創價值十分有限，而大量膨潤土精加工產品如有機土、無機凝膠、顯色劑等卻需從國外進口，因此膨潤土加工技術上水平，產品上檔次刻不容緩。為將我國的膨潤土資源優勢轉化為經濟優勢，應著力研究膨潤土的精細提純，表面改性及插層復合技術，提高產品質量，推進有機土、無機凝膠、納米土，有機無機復合材料的國產化。膨潤土高附加值產品如藥用輔料、納米土、有機土的開發，都需建立在規模生產高純膨潤土的基礎上。因此，高純膨潤土的開發是推動產業技術升級、產品升級的關鍵與基礎。美國由于技術保密，我國現有工藝技術水平開發的產品達不到用戶的要求，國內市場一直由美國壟斷，產品價格居高不下，相關產業迫切需求國產的價格適中，性能與美國產品相當的產品問世，以提升相關產品的性能，提高競爭力與出口創匯能力，如化妝品、油漆、涂料等行業。
目前高檔無機凝膠的生產提純方法一般使用濕法提純，對提純后的礦漿進行干燥、粉碎從而獲得產品。
對高粘度礦漿的脫水方法目前有沉降法、離心法或滾筒干燥法沸騰床干燥法、直接烘干法或噴霧干燥法。
沉降法耗時較長，對粘度大的凝膠效果不明顯或無效果；離心法能耗比較高，要輔以其它后繼干燥方法；滾筒干燥法、直接烘干法、沸騰床干燥法等對礦漿直接進行干燥的方法能耗比較高。
本發明提出一種對膨潤土礦漿進行脫水技術，該技術對一些粘土礦物如蒙脫石、蒙皂石(又稱皂石，saponite)等高吸水率、高粘度、高膨脹率礦漿的干燥過程具有對生產設備要求低、能耗顯著降低的特點，從而減少設備的投入和能耗。
蒙皂石是天然納米材料，蒙皂石礦具有極高的開發價值。以其為原料制成的無機凝膠產品廣泛應用于牙膏、化妝品、醫藥、日化、涂料、橡膠、石油鉆探等許多領域，特別是在制藥行業潛力巨大。
發明內容
本發明目的在于中，研制的一種膨潤土礦漿脫水方法，該方法采用對礦漿進行冷凍(在北方冬季此法更為節能，可利用外界氣候進行，從而節約大量冷凍所需能源，此外夏季可以節約升溫所需能量)，根據礦漿的固含量不同，冷凍溫度一般控制在-2℃--5℃之間，使礦漿結冰固化，凝固后的礦漿初步實現冰、土分離，然后對固體進行解凍處理，除去礦漿中一部分水。
本發明所述的一種膨潤土礦漿脫水方法，該方法采用對礦漿進行冷凍，使礦漿結冰固化，凝固后的礦漿初步實現冰、土分離，然后對固體進行解凍處理，除去礦漿中一部分水；具體操作按下列步驟進行a、將含水量不低于90％的礦漿，在溫度-2℃--5℃進行冷凍，使礦漿凝固，凝固后的礦漿初步實現了冰、土分離；b、用常規升溫方法，使固態的礦漿升溫融化，在融化過程中，冰層融化所得的液態水不會立即被礦漿所吸收，而是在礦漿上層形成清液，將形成的清液用傾倒或虹吸的方法及時分離；c、將步驟b分離后的礦漿采用常規干燥方法進行干燥，即可得到相應的干燥膨潤土產品。
本發明所述的一種膨潤土礦漿脫水方法，經過重復實驗表明對膨潤土礦漿進行脫水，結果見表，脫水曲線圖1表不同土水比例條件下，脫水效果與環境溫度關系
注表中表示比例關系，略去質量單位從表和圖中可以看出，當土水質量比為10∶100時，最佳升溫脫水溫度為60℃，可以分離出38份的水；當土水比為10∶150時，最佳升溫脫水溫度為60℃，可以分離出70份的水；其他以此類推。
參見附1為本發明不同土水比下的脫水實驗曲線圖具體實施方式
實施例(以表的形式列舉膨潤土礦漿不同土水比例的冷凍脫水節能的效果)a、將含水量不低于90％的礦漿，在溫度-2℃--5℃進行冷凍，使礦漿凝固，凝固后的礦漿初步實現了冰、土分離；b、用常規升溫方法，使固態的礦漿升溫融化，在融化過程中，冰層融化所得的液態水不會立即被礦漿所吸收，而是在礦漿上層形成清液，將形成的清液用傾倒或虹吸的方法及時分離；c、將步驟b分離后的礦漿采用常規干燥方法進行干燥，即可得到相應的干燥膨潤土產品。
用表列舉采用本發明能耗以及效果對比
其中m1為總重量，m2為剩余水分重量，T為最大除水溫度。
表中的能耗計算是基于最大能耗即全部升溫降溫都采取人工干預的基礎上得出的。
本發明與現有烘干法、噴霧干燥、自然沉降法等方法的比較烘干法、噴霧干燥法熱容冰2.08KJ/(KG.℃)，水4.2KJ/(KG.℃)，冰水轉變334.7KJ/KG，水的氣化熱為2248KJ/Kg由于對于此類高粘度礦漿，噴霧干燥一般采用低于4％的固含量進行，高于10％固含量的礦漿粘度已經無法操作。因此本發明是針對土水比例從1∶10到1∶25范圍內進行的。
烘干過程中的能量損失不計，其他能耗不計，單純計算將水份全部蒸發的能耗，以1Kg膨潤土樣品計假定起始溫度為20℃，全部水分蒸干的能耗依據公式Q＝m×C×Δt+2248m＝10×4.2×(100℃-20℃)+2248m KJ＝計算，結果如表1表1不同土水比例的礦漿直接烘干理論能耗
自然沉降法若能采取自然沉降法進行脫水，是能耗最小的方法。然而對于膨潤土，蒙皂土等高粘度黏土礦物，實驗中發現，固含量為4％的礦漿靜置一周后仍無水析出。可見自然沉降法對此類礦漿起不到脫水作用。
本發明冷凍脫水方法按照最大能耗計算，降溫-2℃--5℃，能耗用下式計算E＝20℃降低到冰點能耗+相變熱+固體降溫從-2℃到-5℃能耗+固體升溫到冰點能耗+相變熱+升溫到20℃能耗+由20℃升溫到最佳溫度能耗+剩余水分升溫到100℃相變點能耗+剩余水分汽化熱，其中“20℃降低到冰點能耗+相變熱+固體降溫到-5℃能耗”和“+固體由-5℃升溫到冰點能耗+相變熱+升溫到20℃能耗”兩部分能耗相同，因此本式可改寫為E＝(20℃降低到相變點能耗+相變能耗+固體降溫到-5℃能耗)×2+由20℃升溫到最佳溫度能耗+剩余水分升溫到100℃+剩余水分汽化熱＝(m1×20×4.2+m1×334.7+m1×5×2.08)×2+m1×(T-20)×4.2+m2(100-T)×4.2+m2×2248其中(m1為總重量，m2為剩余水分重量，T為最大除水溫度)對于以上幾個配比，m1、m2、T分別如表2通過對比可知，當固含量低于10％時，采用本發明即可實現節能，而且固含量越低，節能效果越好。
若利用北方冬季的室外低溫進行冷凍，可節約三部分能耗，即降低到相變點的能耗、相變的能耗，和固體降溫到-5℃的能耗，此部分能耗的計算式為m1×20×4.2+m1×334.7+m1×5×2.08＝m1(84+334.7+10.4)＝429.1m1KJ，可使節能效果進一步提高，具體節能效果如表2表2不同土水比例的礦漿直接烘干理論能耗
從表2可以看出，當采用室外低溫進行降溫、冷凍時，可使節能效果進一步提高，甚至可以擴展到更固含量更高(1∶10及以下)的礦漿。
換言之，若在升溫過程中充分利用有利的氣溫，可節約升溫所需的部分能耗，按室溫或氣溫為20℃計算，可同樣節約16.6％的能耗。
在氣候條件好的地區冬季，配以溫室或太陽能，在冷凍干燥實現節能的基礎上，可同時再節約兩個16.6％(自20℃降溫凝固以及固體礦漿升溫至20℃)的能耗即33.2％。
本發明對膨潤土礦漿進行脫水，可實現脫水過程中大量能源的節約。該方法同樣適用于蒙皂石的脫水過程中，達到實現節能效果。
權利要求
1.一種膨潤土礦漿脫水方法，其特征在于該方法采用對礦漿進行冷凍，使礦漿結冰固化，凝固后的礦漿初步實現冰、土分離，然后對固體進行解凍處理，除去礦漿中一部分水；具體操作按下列步驟進行a、將含水量不低于90％的礦漿，在溫度-2℃--5℃進行冷凍，使礦漿凝固，凝固后的礦漿初步實現了冰、土分離；b、用常規升溫方法，使固態的礦漿升溫融化，在融化過程中，冰層融化所得的液態水不會立即被礦漿所吸收，而是在礦漿上層形成清液，將形成的清液用傾倒或虹吸的方法及時分離；c、將步驟b分離后的礦漿采用常規干燥方法進行干燥，即可得到相應的干燥膨潤土產品。
全文摘要
本發明涉及一種膨潤土礦漿脫水方法，該方法采用對礦漿進行冷凍(在北方冬季可利用外界氣候進行冷凍，從而節約大量冷凍所需能量；同理，在夏季可以節約升溫所需能量)，根據礦漿的固含量不同，冷凍溫度控制在－2℃－5℃之間，使礦漿結冰固化，凝固后的礦漿初步實現冰、土分離，然后對固體進行解凍處理，除去礦漿中水分。本發明實現脫水過程中，可大量節約能源。該方法同樣適用于蒙皂石的脫水過程中，達到實現節能效果。
文檔編號C04B33/30GK101069796SQ20071008516
公開日2007年11月14日 申請日期2007年3月15日 優先權日2007年3月15日
發明者郭新鋒, 王曉軍, 王娟芳 申請人:中國科學院新疆理化技術研究所