专利名称：一种膨润土矿浆脱水方法
技术领域：
本发明涉及一种膨润土矿浆脱水方法背景技术膨润土(又称蒙脱石，斑脱土，bentonite，smectites，montmorillonite)矿资源非常丰富，已探明我国资源量居世界首位，占世界总量的60％。新疆地矿部门经勘查证实，和布克赛尔蒙古自治县境内的膨润土矿探明储量是目前已探明的全国最大的膨润土矿区，而且品质好，在世界范围内仅次于美国怀俄明州的膨润土矿。
膨润土被称作万能土或者“工业味精”，在国民经济各部门如建材、冶金化工、石油、农业、医药、轻工得到了广泛应用。近年来，膨润土在新材料及相关领域的应用越来越活跃，在国内外倍受重视。我国现年产量250万吨，并有大量出口。但主要生产和出口膨润土原矿和初级产品，耗费了大量资源，所创价值十分有限，而大量膨润土精加工产品如有机土、无机凝胶、显色剂等却需从国外进口，因此膨润土加工技术上水平，产品上档次刻不容缓。为将我国的膨润土资源优势转化为经济优势，应着力研究膨润土的精细提纯，表面改性及插层复合技术，提高产品质量，推进有机土、无机凝胶、纳米土，有机无机复合材料的国产化。膨润土高附加值产品如药用辅料、纳米土、有机土的开发，都需建立在规模生产高纯膨润土的基础上。因此，高纯膨润土的开发是推动产业技术升级、产品升级的关键与基础。美国由于技术保密，我国现有工艺技术水平开发的产品达不到用户的要求，国内市场一直由美国垄断，产品价格居高不下，相关产业迫切需求国产的价格适中，性能与美国产品相当的产品问世，以提升相关产品的性能，提高竞争力与出口创汇能力，如化妆品、油漆、涂料等行业。
目前高档无机凝胶的生产提纯方法一般使用湿法提纯，对提纯后的矿浆进行干燥、粉碎从而获得产品。
对高粘度矿浆的脱水方法目前有沉降法、离心法或滚筒干燥法沸腾床干燥法、直接烘干法或喷雾干燥法。
沉降法耗时较长，对粘度大的凝胶效果不明显或无效果；离心法能耗比较高，要辅以其它后继干燥方法；滚筒干燥法、直接烘干法、沸腾床干燥法等对矿浆直接进行干燥的方法能耗比较高。
本发明提出一种对膨润土矿浆进行脱水技术，该技术对一些粘土矿物如蒙脱石、蒙皂石(又称皂石，saponite)等高吸水率、高粘度、高膨胀率矿浆的干燥过程具有对生产设备要求低、能耗显著降低的特点，从而减少设备的投入和能耗。
蒙皂石是天然纳米材料，蒙皂石矿具有极高的开发价值。以其为原料制成的无机凝胶产品广泛应用于牙膏、化妆品、医药、日化、涂料、橡胶、石油钻探等许多领域，特别是在制药行业潜力巨大。
发明内容
本发明目的在于中，研制的一种膨润土矿浆脱水方法，该方法采用对矿浆进行冷冻(在北方冬季此法更为节能，可利用外界气候进行，从而节约大量冷冻所需能源，此外夏季可以节约升温所需能量)，根据矿浆的固含量不同，冷冻温度一般控制在-2℃--5℃之间，使矿浆结冰固化，凝固后的矿浆初步实现冰、土分离，然后对固体进行解冻处理，除去矿浆中一部分水。
本发明所述的一种膨润土矿浆脱水方法，该方法采用对矿浆进行冷冻，使矿浆结冰固化，凝固后的矿浆初步实现冰、土分离，然后对固体进行解冻处理，除去矿浆中一部分水；具体操作按下列步骤进行a、将含水量不低于90％的矿浆，在温度-2℃--5℃进行冷冻，使矿浆凝固，凝固后的矿浆初步实现了冰、土分离；b、用常规升温方法，使固态的矿浆升温融化，在融化过程中，冰层融化所得的液态水不会立即被矿浆所吸收，而是在矿浆上层形成清液，将形成的清液用倾倒或虹吸的方法及时分离；c、将步骤b分离后的矿浆采用常规干燥方法进行干燥，即可得到相应的干燥膨润土产品。
本发明所述的一种膨润土矿浆脱水方法，经过重复实验表明对膨润土矿浆进行脱水，结果见表，脱水曲线图1表不同土水比例条件下，脱水效果与环境温度关系
注表中表示比例关系，略去质量单位从表和图中可以看出，当土水质量比为10∶100时，最佳升温脱水温度为60℃，可以分离出38份的水；当土水比为10∶150时，最佳升温脱水温度为60℃，可以分离出70份的水；其他以此类推。
参见附1为本发明不同土水比下的脱水实验曲线图具体实施方式
实施例(以表的形式列举膨润土矿浆不同土水比例的冷冻脱水节能的效果)a、将含水量不低于90％的矿浆，在温度-2℃--5℃进行冷冻，使矿浆凝固，凝固后的矿浆初步实现了冰、土分离；b、用常规升温方法，使固态的矿浆升温融化，在融化过程中，冰层融化所得的液态水不会立即被矿浆所吸收，而是在矿浆上层形成清液，将形成的清液用倾倒或虹吸的方法及时分离；c、将步骤b分离后的矿浆采用常规干燥方法进行干燥，即可得到相应的干燥膨润土产品。
用表列举采用本发明能耗以及效果对比
其中m1为总重量，m2为剩余水分重量，T为最大除水温度。
表中的能耗计算是基于最大能耗即全部升温降温都采取人工干预的基础上得出的。
本发明与现有烘干法、喷雾干燥、自然沉降法等方法的比较烘干法、喷雾干燥法热容冰2.08KJ/(KG.℃)，水4.2KJ/(KG.℃)，冰水转变334.7KJ/KG，水的气化热为2248KJ/Kg由于对于此类高粘度矿浆，喷雾干燥一般采用低于4％的固含量进行，高于10％固含量的矿浆粘度已经无法操作。因此本发明是针对土水比例从1∶10到1∶25范围内进行的。
烘干过程中的能量损失不计，其他能耗不计，单纯计算将水份全部蒸发的能耗，以1Kg膨润土样品计假定起始温度为20℃，全部水分蒸干的能耗依据公式Q＝m×C×Δt+2248m＝10×4.2×(100℃-20℃)+2248m KJ＝计算，结果如表1表1不同土水比例的矿浆直接烘干理论能耗
自然沉降法若能采取自然沉降法进行脱水，是能耗最小的方法。然而对于膨润土，蒙皂土等高粘度黏土矿物，实验中发现，固含量为4％的矿浆静置一周后仍无水析出。可见自然沉降法对此类矿浆起不到脱水作用。
本发明冷冻脱水方法按照最大能耗计算，降温-2℃--5℃，能耗用下式计算E＝20℃降低到冰点能耗+相变热+固体降温从-2℃到-5℃能耗+固体升温到冰点能耗+相变热+升温到20℃能耗+由20℃升温到最佳温度能耗+剩余水分升温到100℃相变点能耗+剩余水分汽化热，其中“20℃降低到冰点能耗+相变热+固体降温到-5℃能耗”和“+固体由-5℃升温到冰点能耗+相变热+升温到20℃能耗”两部分能耗相同，因此本式可改写为E＝(20℃降低到相变点能耗+相变能耗+固体降温到-5℃能耗)×2+由20℃升温到最佳温度能耗+剩余水分升温到100℃+剩余水分汽化热＝(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为总重量，m2为剩余水分重量，T为最大除水温度)对于以上几个配比，m1、m2、T分别如表2通过对比可知，当固含量低于10％时，采用本发明即可实现节能，而且固含量越低，节能效果越好。
若利用北方冬季的室外低温进行冷冻，可节约三部分能耗，即降低到相变点的能耗、相变的能耗，和固体降温到-5℃的能耗，此部分能耗的计算式为m1×20×4.2+m1×334.7+m1×5×2.08＝m1(84+334.7+10.4)＝429.1m1KJ，可使节能效果进一步提高，具体节能效果如表2表2不同土水比例的矿浆直接烘干理论能耗
从表2可以看出，当采用室外低温进行降温、冷冻时，可使节能效果进一步提高，甚至可以扩展到更固含量更高(1∶10及以下)的矿浆。
换言之，若在升温过程中充分利用有利的气温，可节约升温所需的部分能耗，按室温或气温为20℃计算，可同样节约16.6％的能耗。
在气候条件好的地区冬季，配以温室或太阳能，在冷冻干燥实现节能的基础上，可同时再节约两个16.6％(自20℃降温凝固以及固体矿浆升温至20℃)的能耗即33.2％。
本发明对膨润土矿浆进行脱水，可实现脱水过程中大量能源的节约。该方法同样适用于蒙皂石的脱水过程中，达到实现节能效果。
权利要求
1.一种膨润土矿浆脱水方法，其特征在于该方法采用对矿浆进行冷冻，使矿浆结冰固化，凝固后的矿浆初步实现冰、土分离，然后对固体进行解冻处理，除去矿浆中一部分水；具体操作按下列步骤进行a、将含水量不低于90％的矿浆，在温度-2℃--5℃进行冷冻，使矿浆凝固，凝固后的矿浆初步实现了冰、土分离；b、用常规升温方法，使固态的矿浆升温融化，在融化过程中，冰层融化所得的液态水不会立即被矿浆所吸收，而是在矿浆上层形成清液，将形成的清液用倾倒或虹吸的方法及时分离；c、将步骤b分离后的矿浆采用常规干燥方法进行干燥，即可得到相应的干燥膨润土产品。
全文摘要
本发明涉及一种膨润土矿浆脱水方法，该方法采用对矿浆进行冷冻(在北方冬季可利用外界气候进行冷冻，从而节约大量冷冻所需能量；同理，在夏季可以节约升温所需能量)，根据矿浆的固含量不同，冷冻温度控制在－2℃－5℃之间，使矿浆结冰固化，凝固后的矿浆初步实现冰、土分离，然后对固体进行解冻处理，除去矿浆中水分。本发明实现脱水过程中，可大量节约能源。该方法同样适用于蒙皂石的脱水过程中，达到实现节能效果。
文档编号C04B33/30GK101069796SQ20071008516
公开日2007年11月14日 申请日期2007年3月15日 优先权日2007年3月15日
发明者郭新锋, 王晓军, 王娟芳 申请人:中国科学院新疆理化技术研究所