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粘土原矿改性成活性矿物干燥剂的实验

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粘土原矿改性成活性矿物干燥剂的实验

一、不同改性剂的加入量实验:

原矿凹凸棒粘土对液态水的吸附量很大,可达到150%[1],这是因为凹凸棒粘土对液态水的吸附,在发生多层吸附的同时发生了“毛细凝聚”,使得液态水有可能充满孔隙,但原矿凹凸棒粘土吸收气态水分子能力却并不强,故直接作为矿物干燥剂使用效果并不理想,需要对其进行改性处理才能作为矿物干燥剂使用。在凹凸棒粘土这一特性的启发下,我们选择了几种较为合适的改性剂对原矿凹凸棒粘土进行改性处理。它们都具有以下一些特征:本身对气态水分子的吸附能力强,并且在吸附后能够使水液化;由于某些原因本身不能直接作为干燥剂使用;无毒无污染,价格便宜。

①改性剂A:

称取一定量的改性剂A,加入适量蒸馏水充分溶解,再按所需配比加入原矿凹凸棒粘土粉,混合均匀后制成粒径为2~3mm的球形颗粒,放入烘箱中在105℃下烘干,时间为2h。按以上方法制得不同配比的样品,将所得样品在不同湿度下按GB6287测定吸湿率,数据见表1:

表1 加入不同量A后在不同相对湿度下的吸湿率(%)

A 加入量(%)

相对湿度RH(%)

40

60

80

100

5

12.4

16.1

23.2

43.7

10

16.5

22.9

30

58.5

15

20.2

33.2

44.3

80.8

20

26.1

39.3

50.3

87.7

100

93.5

140.2

160.6

212

注:表中“A 加入量(%)”为“A”占“凹凸棒粘土与A 混合物”的比,100表示是纯A。

表1 中数据表明,加入改性剂A后的样品吸湿率比原矿凹凸棒粘土和提纯凹凸棒粘土有了明显的提高,且随着A加入量和相对湿度的增加而增加,例如在RH=80%时与原矿凹凸棒粘土相比最高增幅达260%。为了验证A的加入提高了原矿凹凸棒粘土的吸湿率,我们对表1中数据做了如下分析:按照原矿凹凸棒粘土和改性剂A的吸湿率来计算样品中所含的原凹凸棒粘土和A单独吸湿时的吸湿率之和,再与实验测得的数据比较,绘制成图1 :

改性剂A吸湿率.jpg

协同吸湿率.jpg

  ■——加入改性剂A后的样品吸湿率

  ▲——样品中A与原矿凹凸棒粘土单独吸湿时吸湿率计算值之和

  图1“协同效应”

  图1表明,样品的吸湿率要比理论计算出的原矿凹凸棒粘土和A单独吸湿时的吸湿率之和要高,说明A 的加入不仅自身吸附了大量的水汽,还改善了凹凸棒粘土的吸湿性能。分析原因如下:前述实验已经说明凹凸棒粘土对水汽的吸附性能不好,但对液态水的吸附性能很强,而我们加入的改性剂A 正好弥补了这一缺陷,A对水汽的吸附能力特别强,且在吸附后使水液化,此时凹凸棒粘土就发挥了吸附液态水强的优势,将水储存于孔道内,这就充分发挥了两者的优势,形成了优势互补,我们把这种现象称之为“协同效应”。

  ②改性剂B与C

  按①的方法制备样品并测定吸湿率,数据见表2和表3:

  表2 加入不同量B后在不同相对湿度下的吸湿率(%)

B 加入量(%)

相对湿度RH(%)

40

60

80

100

5

10.6

14.1

18.3

33.7

10

11.7

18.1

20.9

36

15

12.3

19.9

22.7

40.4

20

15.6

21.5

24

42.4

100

61.8

97.4

113.4

164.7

  表3 加入不同量C后在不同相对湿度下的吸湿率(%)

C 加入量(%)

相对湿度RH(%)

40

60

80

100

5

11.3

14.8

20.7

48.8

10

13.2

17.7

31.5

66

15

18.1

25.2

42.7

72.7

20

24.7

31.6

46.9

90.5

100

62

70.6

90.4

105.7

  从表2、表3中数据来看,改性剂B、C的加入也能够较好改善原矿凹凸棒粘土的吸湿性能,吸湿率随加入量和相对湿度的增加而增加,但效果不如A明显,因此作为改性剂A更加优越。

  ③三种改性后的干燥剂与常用干燥剂硅胶的吸湿性能比较:

  按前述实验方法对三种改性后的干燥剂(改性剂加入量均为15%)和硅胶在不同相对湿度下测定吸湿率,绘制成图2 。由图可以看出,加入A 、C以后的改性凹凸棒粘土干燥剂吸湿性能明显高于硅胶(尤其是在高湿度下) ,如在RH=80%时,加入A的改性干燥剂吸湿率为同一条件下硅胶的近1.7倍。

  图2 三种改性后的凹凸棒粘土干燥剂以及硅胶吸湿性能的比较

改性矿物干燥剂吸潮率.jpg

  二、粘结剂的加入:

  使用KC-1型颗粒强度测定仪对颗粒凹凸棒粘土干燥剂吸湿前后的强度进行测定,我们发现吸湿以前颗粒强度很高,可达70~80N/颗,但吸湿以后的强度很低,在高湿度下甚至软化,影响正常使用,因而我们考虑通过加入某种粘结剂来提高吸湿以后的强度。经过比较,本次试验选用了价格较低的水玻璃作为粘结剂,按4% 的比例称取水玻璃,将水玻璃、蒸馏水、改性后的凹凸棒粘土粉按一定配比搅拌均匀,制成直径2~3mm的球形颗粒,在105℃下烘干。经实验测定,加入粘结剂后制成的干燥剂,其吸湿率略有下降,但吸湿后的强度有了很大提高,可达30~40N/颗,能够满足使用要求。

  三、结论:

  实验表明,由于原矿凹凸棒粘土与提纯凹凸棒粘土吸湿(气态水)性能较差。鉴于凹凸棒粘土的吸水率(液态水)很大,为了使其能够成为一种优异的干燥剂材料,我们加入了本身就具有吸湿性能的改性剂。改性剂的加入,能取长补短,产生“协同效应”,有效的发挥了凹凸棒粘土对液态水吸附能力强的特点,大大提高了吸湿性能。在加入粘结剂提高了强度以后,仍然具有很高的吸湿率。这种通过改性的凹凸棒粘土干燥剂我们称作活矿干燥剂,由于生产工艺简单,成本低,无毒无污染,且能反复再生,因此被广泛应用。



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