СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННОГО ПОРОШКООБРАЗНОГО БЕНТОНИТА

Изобретение относится к технологии получения порошка активированного бентонита, который используется в бурении, металлургии, строительстве, процессах адсорбции и катализа.

Известен способ активации глинистых материалов в две стадии. На первой - в увлажненный глинистый материал в процессе перемешивания в качестве активатора вводят простые соли и\или основания натрийсодержащих соединений с целью замещения катионами натрия катионов кальция, адсорбированных на поверхности глин. На второй стадии в условиях перемешивания вводятся комплексообразующие соединения натрия с целью замещения катионами натрия оставшихся в бентоните катионов магния и железа. Количество вводимых активаторов определяют по формулам, которые учитывают состав и концентрацию обменных катионов. После завершения второй стадии бентонитовая паста высушивается, затем размалывается в шаровой мельнице и используется в производстве литейных форм [Патент РФ 32044587, В22С 1/00, опубл. 27.09.1995]. Недостатками данного способа является сложность технологии активации в две стадии и использование двух видов соли.

Известен способ активации бентонитовой глины путем смешивания ее при влажности 20-45% с натрийсодержащими реагентами - активаторами. В ходе этого процесса действием пара повышают влажность и температуру смеси до 40-75°C. При этом повышается растворимость активатора и скорость диффузии катионов натрия к обменным позициям. Активированный бентонит высушивают до остаточной влажности 10%, измельчают и определяют физико-механические и коллоидно-химические свойства. [Патент РФ №2199504, С04В 33/04, опубл. 02.27.2003]. Предложенный способ трудоемкий, так как требует непрерывного контроля и регулирования водяным паром влажности и температуры бентонитовой глины, что осложняется при больших объемах активируемой глины, имеющее место в производственных условиях.

Известен способ получения активированного бентонита, включающий предварительное дробление бентонитовой глины и последующий совместный помол ее с ромбическим кристаллогидратом соды Na₂CO₃ H₂O (или минералом - термонатрит) в количестве 1,5-2% от массы глины в течение 0,5-1,0 ч. [Патент РФ №2297434, С1, С04В 33/04, опубл. 20.04.2007]. Недостатками данного способа являются необходимость создавать самостоятельную технологию для производства активатора Na₂CO₃ H₂O и требование получать фракции частиц бентонита размерами 0,071-0,08 мм для совместного помола натрийсодержащего активатора и глины,

В качестве прототипа принят способ активации бентонитовой глины, включающий измельчение ее в валковой дробилке, химическое модифицирование в два этапа солью натрия (1,25%) в водной среде при комнатной температуре и соотношении глины и воды 1:1,35. Первый этап предусматривает 40-50 минутное перемешивание глины, воды и соли натрия в шаровой мельнице мокрого помола. Для второго этапа суспензия бентонита с активатором из шаровой мельницы переводится в емкость с пропеллерной мешалкой и продолжают активацию 120 минут. Затем суспензию подают в башенную распылительную сушилку для получения порошка. [Патент РФ №2101258, C1, С04В 33/04, опубл. 10.01.1998]. Недостатками указанного способа являются трехчасовая продолжительность процессов активации и диспергирования бентонита в присутствии активатора, являющегося коагулянтом и противодействующего измельчению глины, а также наличие в технологии энергоемкого этапа мокрого помола глины в шаровой мельнице низкой эффективности в условиях действия коагулянта.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение эффективности технологии, а также сокращение продолжительности процесса активации за счет сокращения используемого оборудования в производстве активированного порошкообразного бентонита.

Технический результат достигается за счет предлагаемого способа, где, после измельчения в валковой дробилке при комнатной температуре, бентонит сначала переводят в пропеллерную мешалку при заданном соотношении глина-вода и интенсивно перемешивают в течение одного часа до получения однородной суспензии, а затем в полученную суспензию добавляют Na₂CO₃ в количестве 1,5-2% от массы бентонита и перемешивают еще 30 мин.

Бентонит после измельчения в валковой дробилке при комнатной температуре переводят в пропеллерную мешалку при заданном соотношении глина-вода (например, 1:1,35) и интенсивно перемешивают в отсутствии Na₂CO₃ до получения однородной суспензии. При этом за период менее часа происходит диспергирование глины мешалкой и водой (распускание) и рост удельной поверхности частиц бентонита. После этого с целью активирования глины в пропеллерную мешалку в процессе перемешивания подается Na₂CO₃ в количестве 1,5-2% от массы бентонита. При этом высокая удельная поверхность частиц бентонита в суспензии способствует повышению скорости катионного обмена и быстрому снижению концентрации коагулирующих катионов на твердой поверхности. Процесс активации завершается через 30 минут после введения Na₂CO₃. Далее суспензия подается на башенную распылительную сушилку.

Зависимости коллоидальности бентонита от концентрации Na₂CO₃ и времени активации представлены на фиг. 1 и фиг. 2.

Порошкообразный бентонит, полученный предлагаемым способом, по сравнению с прототипом, имеет более высокий индекс набухания (Табл. 1).

Пример 1

40 г природной бентонитовой глины, измельченной в валковой дробилке до размера кусков не более 7 мм и влажностью 20% смешивается с водой при соотношении бентонита и воды 1:1,35, получая концентрированную суспензию. Далее суспензию подвергают перемешиванию в емкости с 3-х лопастной пропеллерной мешалкой в течение 60 мин. За это время куски бентонита успевают диспергироваться. Далее в суспензию добавляют 2% Na₂CO₃ и продолжают перемешивание еще на 30 мин. Затем бентонит высушивается.

Пример 2

Один килограмм природной бентонитовой глины, измельченной в валковой дробилке до размера кусков не более 7 мм и влажностью 20% смешивается с водой при соотношении бентонита и воды 1:1,35, получая концентрированную суспензию. Далее суспензию подвергают перемешиванию в емкости с лопастной пропеллерной мешалкой в течение 60 мин. За это время куски бентонита успевают диспергироваться. Далее в суспензию добавляют 2% Na₂CO₃ и продолжают перемешивание еще в течение 30 мин. Затем бентонит высушивается.