一种改性有机复合膨润土及其制备方法和应用

本发明涉及铁矿球团，特别涉及一种改性有机复合膨润土及其制备方法和应用。

背景技术：

1、膨润土是铁矿球团生产最主要的粘结剂。我国膨润土矿产资源储量丰富，但大多数为劣质的钙基膨润土，优质的天然钠基膨润土储量少且不足以满足需求，有机膨润土的开发利用因技术水平、生产设备以及表面活性剂成本高昂等原因受到限制，高端膨润土产品仍依赖于国外进口。以上诸多问题亟待解决，为充分利用国内膨润土资源，需要加强对膨润土提质改性的研究，开发出性能优异并具有较高经济效益的膨润土产品。目前对膨润土的提质改性主要有分选提纯、钠化改性、有机改性等方式。其中，有机改性是膨润土提质改性的主流方向。

2、有机改性的关键在于有机粘结剂的选择及改性工艺的选择，有机链架应当具有空间网状结构，支链带有亲水基团与极性基团。学者通过理论计算及试验提出了理想的有机粘结剂分子构型，并确立了有机粘结剂中极性基团和亲水基团分别为-coo-和-oh。

3、膨润土主要成分为蒙脱石，是由两层si-o四面体夹一层al-o八面体构成的2:1型层状晶体结构，具有良好的阳离子交换性、吸附性、吸水性及悬浮性等特性。蒙脱石单元层之间以作用力相连接，层间结构比较松散，水分子和其他分子可以进入层间。通过添加有机试剂插入蒙脱石层间，可改善其吸附性与吸水性，促进改性膨润土满足不同领域的需求。

4、膨润土有机插层改性在废水处理等领域已有广泛应用，但在铁矿球团领域的相关研究较少，研究手段单一且不具体，对插层机理层面的研究较少，有机改性膨润土在铁矿球团领域的实际应用中受到了限制。目前尚未能对插层剂的选择、插层技术的改进等问题进行深入的研究。

技术实现思路

1、本发明提供了一种改性有机复合膨润土及其制备方法和应用，其目的是为了解决背景技术存在的上述问题。

2、为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种改性有机复合膨润土及其制备方法和应用，该制备方法操作简单，成本低廉，制备的有机改性膨润土具有良好的亲水性、分散性，可作为优良的粘结剂应用在铁矿球团领域。

3、本发明的实施例提供了一种改性有机复合膨润土的制备方法，包括如下步骤：

4、s1：将迁移助剂与水混合搅拌，再添加有机粘结剂，加热分散均匀得到混合溶液；

5、s2：将所述混合溶液加入至膨润土中混匀得到混合物，进行陈化反应；

6、s3：将反应后的混合物经湿法球磨处理，干燥、研磨、过筛，即得。

7、优选地，步骤s1中，迁移助剂为二甲基亚砜，为一种极性有机小分子，具有很大的偶极矩，含有官能团-s＝o-可以接受质子与蒙脱石层间的al-o-h形成氢键吸附存在于蒙脱石层间；有机粘结剂为腐殖酸(ha)、羧甲基纤维素(cmc)、聚丙烯酰胺(pam)、羧甲基淀粉(cms)、聚氯乙烯(pvc)中的至少一种。

8、优选地，步骤s1中，迁移助剂与水的质量比为0.5～1.0；迁移助剂占膨润土的质量百分比为0.01～12％；有机粘结剂占膨润土的质量百分比为0.1～10％。

9、优选地，步骤s1中，加热温度为80℃。对在溶液中难以溶解的有机粘结剂进行加热处理以促进其溶解。

10、优选地，步骤s2中，陈化反应时间为24～36h。

11、优选地，步骤s3中，湿法球磨过程具体为采用行星式球磨机以95％的乙醇为介质进行湿法球磨。

12、优选地，步骤s3中，湿法球磨时间为20～30min，湿法球磨转速为300～400r/min。

13、优选地，步骤s3中，过筛过程具体为过200目筛，取筛下物。

14、基于一个发明总的构思，本发明的实施例提供了一种上述的制备方法获得的改性有机复合膨润土。

15、本发明的实施例还提供了一种上述的制备方法获得的改性有机复合膨润土或上述的改性有机复合膨润土在铁矿球团中的应用。

16、本发明采用机械力对有机复合膨润土进行改性，并通过添加小分子迁移助剂二甲基亚砜，增强改性有机复合膨润土的作用效果。相对于传统的膨润土有机改性，可有效提高改性膨润土的性能，降低铁矿球团生产过程中膨润土的用量。传统有机粘结剂对膨润土进行有机改性，通常是将有机粘结剂与膨润土简单混合陈化后使用，有机粘结剂所含的羟基、羧基等含氧官能团吸附在膨润土表面，在制备铁矿球团时，通过强化有机改性膨润土与铁精矿之间的连接，同时增大了铁精矿表面的亲水性，从而达到提高生球强度，降低膨润土用量的效果，但是有机改性膨润土与铁矿的吸附形式主要以静电吸附、氢键、化学吸附为主，此类改性方式的缺点是有机粘结剂用量大，与膨润土难以混合均匀，稳定性较差，主要是通过有机粘结剂与膨润土的粘结性相互叠加的作用方式达到增强粘结性的效果，对于膨润土本身的质量并没有实质性的提升。本发明通过机械力和小分子迁移助剂的协同作用，在机械能的活化作用下，膨润土颗粒粒径减小，比表面积增加，颗粒断裂导致自身稳定的晶体结构被破坏，膨润土发生晶格畸变且晶粒尺寸减小，膨润土表面负电位增强、电负性降低，颗粒表面活性点和吸附能增加，促进小分子有机粘结剂插入蒙脱石层间，在蒙脱石端面和基面发生化学反应和氢键吸附。在此基础上，进一步通过机械力的机械能活化与迁移助剂的介导作用协同强化粘结作用效果，迁移助剂二甲基亚砜中含有的-s＝o-与蒙脱石层间的al-o-h形成氢键，作为载体强化有机粘结剂与膨润土结合，提高有机粘结剂在膨润土中的分散性，进一步促进部分有机小分子有效插入蒙脱石层间，膨润土表面电负性更低，进而实现高效的膨润土有机插层改性。经机械能与介导作用协同强化的改性有机复合膨润土具有理化性能优异、亲水性强、分散性好、粘结效果出色以及用量低等优点，在用于制备铁矿球团时，可以在球团中形成更为稳定地“卡房式”凝胶结构，增强膨润土与铁精矿的连接强度。本发明不仅能够提高膨润土自身的物理化学性能、有效降低膨润土的用量，还能促进球团性能改善。

17、本发明的上述方案有如下的有益效果：

18、(1)本发明创新地发现添加迁移助剂(二甲基亚砜)可有效促进有机粘结剂的分散，首先水溶液与迁移助剂搅拌混合进行第一反应，随后再与有机粘结剂混合后添加到膨润土中进行陈化第二反应，采用酒精为介质对第二反应陈化后的膨润土进行湿磨，通过机械力的机械能活化作用与迁移助剂的介导作用协同处理来完成第三反应；干燥后研磨过筛即得；基于上述反应思路，进一步配合各条件/参数的控制，能够较好地实现协同；更重要的是，采用该方法获得的改性有机复合膨润土在铁矿球团领域具有意料不到的优势。

19、(2)本发明制备得到的改性有机复合膨润土具有良好的粘结性、吸附性。还可以有效降低膨润土的用量。未处理膨润土用量为1.5％时，生球落下强度才能达到4.0次/(0.5m)，以本发明的改性有机复合膨润土为粘结剂制备铁矿球团，膨润土用量可降至1.0％，且生球落下强度提高至5.0次/(0.5m)。在吸附、催化以及铁矿球团等诸多领域具有重要的应用价值。

20、(3)本发明的制备工艺简单，成本低廉且对环境友好。