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一、前    言

膨潤土是我國開發(fā)利用較早的非金屬礦物之一，由于其物化性能非常獨(dú)特，所以在許多傳統(tǒng)工業(yè)如鑄造、鉆井泥漿、鐵礦球團(tuán)中的應(yīng)用悠久歷史。隨著科技進(jìn)步，膨潤土的許多新用途也在被不斷研發(fā)出來，其產(chǎn)品價(jià)格大大高于傳統(tǒng)產(chǎn)品。本文將主要介紹一種新的膨潤土產(chǎn)品，即我院借鑒國外技術(shù)研發(fā)的膨潤土防水毯加工工藝及裝備。

二、國內(nèi)膨潤土開發(fā)利用現(xiàn)狀

1、膨潤土的傳統(tǒng)用途

目前，人們利用膨潤土粘結(jié)、吸附、催化、增稠、觸變、膨脹、脫色等性能開發(fā)產(chǎn)品數(shù)以千計(jì)，廣泛應(yīng)用于冶金、鉆井、建筑、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、化工、食品等24個(gè)領(lǐng)域100多個(gè)部門。

由于具有許多獨(dú)特的性能，膨潤土在傳統(tǒng)應(yīng)用中主要被用做：鐵礦球團(tuán)、鑄造、鉆井泥漿、酒及飲料澄清劑、干燥劑、紡織印染、活性白土、石油化工催化劑、動(dòng)物墊圈除臭貓砂、廢水處理劑、核廢料處理的應(yīng)用、涂料、陶瓷、助懸劑、吸附劑、過濾劑、乳化劑及軟膏基質(zhì)、粘合劑、載體、賦形劑、動(dòng)物飼料、化肥、農(nóng)藥、膨潤土在電池中的應(yīng)用、膨潤土在滅火劑中的應(yīng)用、鍋爐和管道保溫涂膏等等領(lǐng)域。

2、國內(nèi)膨潤土工業(yè)現(xiàn)狀和技術(shù)水平

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)膨潤土加工企業(yè)有200多家，多數(shù)為中、小規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)，年產(chǎn)量超過１萬噸的礦山企業(yè)有20多家，其總產(chǎn)量約200—210多余萬噸，生產(chǎn)能力300萬噸以上，主要為粗加工產(chǎn)品。生產(chǎn)能力較大的省份有遼寧、河北、浙江。我國膨潤土原礦或粗粉加工產(chǎn)品產(chǎn)量約160-170萬噸。深加工產(chǎn)品，包括人工鈉化鈣基膨潤土、活性白土及有機(jī)膨潤土的制備等，總產(chǎn)量約30—40萬噸。從生產(chǎn)布局看，我國主要膨潤土生產(chǎn)企業(yè)主要集中在浙江、吉林、遼寧、新疆、河北、河南、湖北、安徽等省區(qū)。

目前, 我國膨潤土礦開采方法有露采和地采。其中露天開采礦山占90％。按產(chǎn)量計(jì)露天開采占75％。地下開采的主要有浙江省臨安膨潤土礦、吉林劉房子膨潤土礦、吉林九臺(tái)膨潤土礦等。目前我國膨潤土資源綜合利用程度較低，礦山企業(yè)普遍存在技術(shù)落后，經(jīng)濟(jì)效益低的問題。目前國內(nèi)絕大多數(shù)礦山都不經(jīng)選礦，經(jīng)手選后晾曬、風(fēng)干或用干燥炕、烘干爐干燥后，再用雷蒙磨和其它輥碾機(jī)碾磨粉碎成用戶所需的產(chǎn)品，產(chǎn)品蒙脫石含量在50-85%之間，原礦開采成一般都在80元／噸以內(nèi)，粉礦生產(chǎn)成本也不超過150元/噸。產(chǎn)品主要供應(yīng)膨潤土的傳統(tǒng)用途用戶。濕法選礦一般用來處理低品位膨潤土，或?yàn)榱双@得高檔產(chǎn)品結(jié)合生產(chǎn)工藝進(jìn)行。采用濕法的選礦膨潤土礦山企業(yè)很少，產(chǎn)量十分有限，產(chǎn)品蒙脫石含量一般在85-95%之間。

我國膨潤土資源豐富，品種齊全，也不乏優(yōu)質(zhì)品種，基本不需要依賴國外資源，比如新疆夏子街的膨潤土，其原礦質(zhì)量甚至可與美國懷俄明的土相媲美。但產(chǎn)品質(zhì)量與國外差距較大，主要原因是膨潤土的提純和深加工技術(shù)和設(shè)備上，

雖然國內(nèi)膨潤土應(yīng)用范圍已涉及20多個(gè)領(lǐng)域，但是傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域還是占絕大多數(shù)，產(chǎn)量雖然很高，但產(chǎn)品的附加值很低，而不斷開發(fā)的膨潤土新的用途雖然用量很少，經(jīng)濟(jì)效益卻非常明顯。比如，防水材料、凈水劑、增稠劑、凝膠材料等。

三、膨潤土防水毯應(yīng)用技術(shù)

1、膨潤土防水毯基本情況介紹

膨潤土防水毯是一種新型的復(fù)合土工合成防水材料。防水毯內(nèi)膨潤土的厚度一般為4毫米，底層為土工纖維布，上層為無紡布，中間為經(jīng)過處理的膨潤土，因其貌似毯狀，故稱其為膨潤土防水毯。其優(yōu)點(diǎn)是：原材料成本低；防水性能好；自我愈合能力強(qiáng)；安裝、施工方便；單位面積質(zhì)量小，每平米原料用量只有幾公斤；抗剪切強(qiáng)度高；凍融循環(huán)能力強(qiáng)。

目前市售的產(chǎn)品規(guī)格一般為：寬幅2米、4米、6米不等，長度20米到60米不等。

膨潤土防水毯是國外開發(fā)不久的新型防水產(chǎn)品。目前國內(nèi)已生產(chǎn)該產(chǎn)品的廠家有9家，有使用國外的工藝和技術(shù)，近兩年，由于我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展很快，對新材料的需求量越來越大，發(fā)達(dá)國家紛紛看好我國防水材料市場，有的企業(yè)在我國直接投資辦廠，也有的在我國設(shè)立產(chǎn)品銷售代理機(jī)構(gòu)。

膨潤土防水毯已在世界上許多重要工程中使用，并證明具有很好的防水防滲效果，據(jù)有關(guān)資料介紹，在同比條件下，膨潤土防水效能可達(dá)傳統(tǒng)的五層防水，且耐久性能優(yōu)良。但其高昂的價(jià)格使國人難以接受，2004年北京綠色建材博覽會(huì)上獲悉，英國某公司的產(chǎn)品在中國市場的售價(jià)為80元/平米，在國際市場的售價(jià)約13美元/平米，同樣規(guī)格的國內(nèi)合資廠的產(chǎn)品在國內(nèi)市場的售價(jià)為30多元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國際市場的售價(jià)。

除以上介紹的以外，膨潤土防水毯還具備使用范圍廣、耐久性好的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于人工湖、垃圾處理場、隧道、水渠、建筑物地下防水、樓頂花園防滲漏，水處理廠防漏以及具有含有害元素或重金屬離子的垃圾焚燒灰填埋場等等。經(jīng)過試驗(yàn)，膨潤土可耐受多次的凍融循環(huán)，由于膨潤土是一種天然的礦物，在遇到多種外界條件下不分解、不變質(zhì)，其使用壽命可達(dá)一百年以上。

在防滲工程中，該產(chǎn)品可單獨(dú)使用，也可與壓實(shí)黏土防滲體組合使用，當(dāng)設(shè)計(jì)方案允許使用黏土、瀝青、混凝土、土工膜、膨潤土防水毯做防滲層時(shí)，膨潤土防水毯則顯示出很強(qiáng)的競爭能力。其產(chǎn)品本身具備如下特點(diǎn)：1）因膨潤土與非織造土工織物纖維充分纏繞，止水性強(qiáng)，耐沖刷，且不會(huì)因干濕和凍融反復(fù)循環(huán)而降低防滲性能，且可在—30℃以下氣候惡劣環(huán)境下進(jìn)行施工。2）、任何可能的漏水點(diǎn)都會(huì)因?yàn)榕驖櫷恋倪w移而自愈合，接縫處的疊合只需15厘米，并均勻撒上一定量的干粉土即可滿足防滲要求。3）、施工簡單方便，產(chǎn)品體積小，成卷包裝便于運(yùn)輸和安裝。4）、屬無機(jī)環(huán)保材料：無毒、無味、無污染，真正的綠色建材。

與黏土和土工膜相比，，該產(chǎn)品還具有如下優(yōu)勢：1）比壓實(shí)黏土襯體積小、重量輕、施工簡便抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度高。2）、與土工膜相比該產(chǎn)品柔性好，較好地適應(yīng)不均勻性沉降；具有更好的界面摩擦性，對鋪設(shè)場地的要求比土工膜低；因?yàn)橛型夤�織物的保護(hù)，使其不易被刺破或劃破而導(dǎo)致失效；與管道和建筑物周邊連接時(shí)施工更簡便，接縫處的密封性更好；使用壽命更長。

膨潤土是以蒙脫石為主要礦物成分的粘土礦，通常含量范圍為40%～90%，其雜質(zhì)主要有高嶺石、石英、方英石、伊利石等。膨潤土的性能與蒙脫石類型和含量有關(guān)。

蒙脫石晶體化學(xué)成分復(fù)雜，變化大。晶體中的低價(jià)陽離子常常置換高價(jià)陽離子，使結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生多余的負(fù)電價(jià)。為了保持電中性，在結(jié)構(gòu)層之間除水分子外，存在較大半徑的陽離子Na+、Ca2+等，因此膨潤土就被劃分為鈉基土、鈣基土。由于陽離子的可交換性，使蒙脫石族礦物具備了很多有價(jià)值的特性，比如離子交換性、吸水性、膨脹性、觸變性、粘結(jié)性、吸附性等。

　　遇水時(shí)，膨潤土可吸附是自身重量幾十倍的水量，吸水后體積可增大數(shù)十倍。由于膨潤土這種優(yōu)良的特性其廣泛用于防水材料領(lǐng)域。用于防水材料的膨潤土首選優(yōu)質(zhì)鈉基土，這是由于鈉離子在水中容易分散，鈉離子半徑大，電荷低，在水中更易分散且分散層數(shù)多，鈣基土則相反，鈣基土的膨脹速度雖然快，但是其膨脹的倍數(shù)比鈉基土低，因此，選擇高膨脹倍數(shù)的天然鈉基土是本項(xiàng)目的先題條件。防水毯中的膨潤土遇水后，水分子能夠進(jìn)入膨潤土晶格之間，使其晶格膨脹，由于膨潤土防水毯在施工時(shí)，按要求其上部要覆蓋20公分厚的覆蓋層將其壓實(shí)，所以當(dāng)其遇水膨脹時(shí)，其體積增大25倍以上（美國材料與實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)），使其內(nèi)部形成負(fù)壓，即達(dá)到了防水的效果，因此膨潤土防水毯是一種綠色環(huán)保型的防水防滲材料。

2、應(yīng)用情況介紹

     國內(nèi)采用的傳統(tǒng)防水辦法，在效果上不是很理想。而國外一些發(fā)達(dá)國家采用的膨潤土防水材料雖效果好，但因價(jià)格較高在國內(nèi)較少被采用，我國前幾年只在少數(shù)的國外獨(dú)資工程中使用，隨著膨潤土防水毯的國產(chǎn)化，價(jià)格也只有進(jìn)口產(chǎn)品三分之一，我國許多工程也開始使用膨潤土防水毯，椐有關(guān)資料記載，膨潤土防水毯應(yīng)用十分廣泛，可用于市政、環(huán)保、水利、公路、鐵路、垃圾填埋場、水利工程及工業(yè)與民用建筑地下防水防滲施工，比如在垃圾填埋場、污水處理廠使用，具有良好的防滲功能、加固功能；在水利工程中使用，可提高灌渠的防滲作用，還可以提高大壩、河堤的強(qiáng)度，避免和減輕水土流失，大堤發(fā)生管涌的隱患；地鐵工程的防水防滲，公路的路基和邊坡，橋梁的基礎(chǔ)防水可以改變道路的性能，提高路面的承載能力，延長公路的使用壽命；在工業(yè)民用建筑工程使用，可以提高防水的可靠性和耐久性；以及在礦山、人工湖、隧道、游泳池等處均可使用。

3、膨潤土防水毯產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及對原料的技術(shù)要求

目前，我國尚沒有針對膨潤土防水毯的專用標(biāo)準(zhǔn)，對用膨潤土的技術(shù)要求也不多，各個(gè)廠家大都根據(jù)美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)、韓國標(biāo)準(zhǔn)來制定自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如某中韓合資廠家，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)完全按韓國標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，按其規(guī)范要求必須使用天然鈉基土。美國ASTM D5890，要求膨潤土的膨脹指數(shù)要大于24。而我國對膨潤土原材料尚沒有明確標(biāo)準(zhǔn)，事實(shí)上，膨潤土的類型、蒙脫石含量、吸水率、膨脹指數(shù)都應(yīng)該是防水毯用膨潤土的重要技術(shù)指標(biāo)。

對于膨潤土防水毯使用的土工布，各國均有一定標(biāo)準(zhǔn)，我國近年來相繼頒布了多個(gè)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。但涉及到土工合成材料應(yīng)用、測試的標(biāo)準(zhǔn)有18項(xiàng)，均是近年頒布的，而膨潤土防水毯標(biāo)準(zhǔn)，我國現(xiàn)采用的均為美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。

對于膨潤土防水毯的原料要求，有文字報(bào)道的很少，目前國內(nèi)的廠家有選用天然鈉基土的，也有選用人工鈉化土的，但是無論選擇什么原料，其膨脹倍數(shù)必須滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求。我國的膨潤土資源雖然比較豐富，但是能達(dá)到要求的優(yōu)質(zhì)天然鈉基土不是很多。有些廠家由于沒有找到優(yōu)質(zhì)天然鈉基土，加之價(jià)格的原因，而不得不采用鈣基土進(jìn)行人工鈉化處理，其鈉化方法非常簡單，即在鈣基土中加入一定量的碳酸鈉，然后加水?dāng)嚢瑁�放置兩天使其均化后即可使用。有業(yè)內(nèi)人士明確提出：人工鈉基土使用壽命短，如果使用必須經(jīng)過百年老化實(shí)驗(yàn)。美國對防滲膨潤土提出pH為中性或弱堿性要求，試驗(yàn)證明膨潤土pH越高，其抗?jié)B能力會(huì)隨時(shí)間遞減，甚至半年就完全失效，特別是人工鈉化的膨潤土。

我國多數(shù)天然鈉基土的膨脹倍數(shù)達(dá)不到膨潤土防水毯所需的質(zhì)量要求，膨脹指數(shù)要大于24。就必須首先在選擇高質(zhì)量原礦的同時(shí)，對原礦進(jìn)行提純，去除高嶺石、石英、方英石等雜質(zhì)礦物，在可能的情況下，對其進(jìn)行再鈉化處理，提高堿性系數(shù)，也可以通過添加有機(jī)高分子材料的方法使其膨脹系數(shù)發(fā)生變化，但其成本增加很多，如果材料和用量選擇得當(dāng)，這種方法還是可行的，既達(dá)到了使膨潤土膨脹24倍的質(zhì)量要求，又不增加太多的成本，在此方面，咸陽非金屬礦研究設(shè)計(jì)院做了一些工作，通過選用有機(jī)高分子化合物和其他原料，使膨潤土的膨脹倍數(shù)提高到了100多倍，但是這種產(chǎn)品更適合另作它用，在此不再贅述。

膨潤土防水毯生產(chǎn)工藝并不復(fù)雜，但需要專門的生產(chǎn)設(shè)備，其重點(diǎn)是在對原料的處理方面。目前我國尚沒有廠家生產(chǎn)膨潤土防水毯專用設(shè)備。而國內(nèi)已有的膨潤土防水毯生產(chǎn)企業(yè)，多數(shù)都是引進(jìn)國外全自動(dòng)化膨潤土防水毯生產(chǎn)線的，也有的企業(yè)自主研發(fā)的生產(chǎn)線。     
      生產(chǎn)膨潤土防水毯的廠家也同時(shí)生產(chǎn)輔助材料，輔助材料有：膨潤上防水粉，漿狀膨潤土，防水條，這些輔助材料配合膨潤土防水毯鋪設(shè)共同使用。

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